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2026-03-06 20:04:00
- 新しいモジュール式脚式ロボットは複数の小型自律ロボットで構成されています
- 各運動モジュールは、独自のモーター、バッテリー、脳を備えた完全なロボットです。
- モジュールを組み合わせると、その場で迅速に組み立て、修理、再形成できる大型の機械が形成されます。
- 研究により、屋外に足を踏み入れる初の進化型ロボットと機敏性を備えた初のモジュール式ロボットがマークされる
イリノイ州エヴァンストン — ノースウェスタン大学のエンジニアが開発した 運動知能を備えた初のモジュール式ロボット。彼らは野生でも結合したり再結合したりすることができ、怪我から回復し、何が投げられても動き続けることができます。
「脚付きメタマシン」と呼ばれるこの作品は、無数の構成にスナップする自律的なレゴのようなモジュールから作られています。各モジュールはそれ自体で、独自のモーター、バッテリー、コンピューターを備えた完全なロボットになります。モジュールは単独でも、転がったり、回転したり、ジャンプしたりできます。しかし、本当の敏捷性と破壊力は、モジュールを組み合わせることで現れます。
の 今日研究結果が発表されました (3 月 6 日) 米国科学アカデミー紀要。
最も効果的な組み合わせを設計するために、エンジニアは人工知能 (AI) を使用して新しいボディ構成を進化させました。 AI は、標準的な犬や人間のようなデザインに固執するのではなく、人間のエンジニアでは思いつかないような奇妙な新しい「種」の機械を大量に生み出しました。他のモジュールに接続すると、メタマシンはアザラシのようにうねったり、トカゲのように束縛されたり、カンガルーのように跳ねたりします。
ロボットは、ひっくり返ると直立したり、障害物を飛び越えたり、空中で回転するなどのアクロバットを実行したりすることもできます。メタマシンは本質的に他のロボットから構成されるロボットであるため、壊滅的な損傷に耐えることができます。壊れた部品は自重にはなりません。彼らは転がり、這い続けてチームに戻ります。
研究者らは、物理的なモジュール性と AI 主導の設計を組み合わせることで、現実世界を生き抜くだけでなく、現実世界に適応する新しいクラスのロボットへの扉を開きました。これらのマシンは、ロボットが壊れやすいあらかじめ設計された道具ではなく、むしろ回復力があり、進化する生命体に似た未来を示しています。
「これらはコンピュータ内で進化した後、屋外に足を踏み入れた初めてのロボットだ」とノースウェスタン大学は述べた。 サム・クリーグマン、研究を主導した。 「それらは迅速に組み立てられ、その後、まさに文字通り動き出します。それらは野生で自由に動き、他の野生ロボットにとって致命的な重傷を負っても簡単に回復します。逆さまにされても、本能的に直立して旅を続けます。半分に切り刻まれたり、たくさんの部分に切り刻まれたりしても生き残ることができます。分離すると、メタマシン内のすべてのモジュールが個別のエージェントになることができます。」
バイオロボティクスと AI の専門家であるクリーグマンは、ノースウェスタン大学のコンピューターサイエンス、機械工学、化学生物工学の助教授です。 マコーミック工学部そこで彼はのメンバーです ロボティクス・バイオシステムセンター (CRB)。この研究の共同筆頭著者はChen Yu氏、David Matthews氏、Jingxian Wang氏で、いずれも博士号を取得している。 CRBの学生たち。
コンピューターによって加速される進化
今日のロボットは速くて機敏ですが、その体の形状は固定されており、硬いことがよくあります。ほとんどのロボットは、新しいタスク、環境、物理的損傷に適応できません。たとえば、ロボット犬が足を骨折した場合、基本的には役に立ちません。これらの制限を回避するために、クリーグマン氏のチームは AI に目を向けました。これは、馴染みのあるデザインをコピーするのではなく、まったく新しいものを進化させるためです。
クリーグマンと彼のチームは、自然選択を模倣する進化的アルゴリズムから始めました。出発点として、チームはアルゴリズムにロボットの構成要素を与えました。これらの積み木は長さ 0.5 メートルのモジュール式の脚で、中央の球体で結合された 2 本の棒のように見えます。
「球体の中には、ロボットには『神経系』、『代謝』、『筋肉』など、生存に必要なものがすべて揃っている」とクリーグマン氏は語った。 「つまり、回路基板、バッテリー、モーターのことです。モジュールは機械的に単純です。単一の軸の周りでしか回転できませんが、驚くほど運動能力があり、スマートです。」
次に、クリーグマン氏と彼のチームはアルゴリズムに、効率的で多用途な動きをするロボットを設計するという目標を与えました。モジュールをさまざまな組み合わせで混合し、適合させることで、アルゴリズムは新しいボディタイプを生成しました。次に、各設計をシミュレーションし、最も優れたパフォーマンスを維持し、弱いものを破棄しました。また、新しいデザインを組み合わせたり、突然変異させたりすることで、新しいデザインを繰り返し「育て」ました。ロボットのボディに応じて、モジュール式の脚が脚、脊椎、または尾になりました。
「私たちはダーウィンの突然変異と選択のプロセスを仮想の物理的環境内でシミュレートしました」とクリーグマン氏は語った。 「これは適者生存です。コンピューターによって加速され、運動用のモジュール式ビルディング ブロックによって実現されます。」
険しい地形を横断する
設計をテストするために、クリーグマンと彼のチームは、進化によって発見された最良の 3 脚、4 脚、5 脚の設計を組み立てました。屋外テストでは、メタマシンは砂利、草、木の根、葉、砂、泥、でこぼこしたレンガなどの起伏の多い地形を走行しました。複雑なセットアップや再トレーニングを必要とせずに、ジャンプし、回転し、ひっくり返ったときに体を立て直しました。
単一の部品が壊れると故障する従来のロボットとは異なり、これらのマシンは適応し、回復し、生き残ることができます。脚が折れても、メタマシンは回復力を保ちます。モジュールは欠損した脚に適応し、動き続けます。失われた足も家に帰ってチームに戻ることができます。
「周囲を感知し、場所から場所へ移動し、計算して学習することができます」とクリーグマン氏は語った。 「メタマシンは、迅速に組み立て、修理、再設計、再結合することができます。組み立てられると、すぐにさまざまな非構造化環境全体を移動します。」
この研究「再構成可能なモジュール式ロボットにおける機敏な脚移動」は、Schmidt Sciences AI2050 (賞番号 G-22-64506) および国立科学財団 (賞番号 FRR-2331581 および FRR-2440412) の支援を受けました。
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