壁につかまることを学んだロボット：私を落とすことはできない

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人間は不安定に歩いたり、道路状況に不慣れな場合、無意識のうちに手を使って周囲の支えにつかまり、バランスを保とうとします。しかし、二足歩行ロボットの場合、このスキルはまだ実現され始めたばかりです。

最近、ドイツのミュンヘン工科大学が開発した二足歩行ロボット「LOLA」がさらに改良され、上肢の補助による多接触歩行を実現した。

つまり、二足歩行ロボットは人間に似た歩き方をするのです。

例えば、壁につかまって「慎重に」悪路を通過することなど。

「罠」に遭遇したときは、すぐに腕を使って壁につかまり、バランスを保ちます。

安定した物体を支えると簡単には押し下げられない

前進するときに体を安定させるためにテーブルにつかまりましょう

△腰を捻挫しているように見えますか？（いいえ）

LOLAロボットの進化の歴史

実際、LOLA ロボットは 2019 年にはすでに自律歩行を実現していました。

今年3月には不整地でも自律歩行し、緊急事態にも迅速に対応できるようになった。

この観点からすると、壁の助けを借りて前進することは少し余計なことのように思えますか?

明らかにそうではありません。実際の歩行の過程では、人間でもあらゆる緊急事態を予測することはできません。前方の道路を誤って判断した場合、上肢を使って体を支え、バランスを保つ必要があります。上肢の補助がなければ、結果はただ一つ、顔から倒れるだけです。

そのため、複数の支持点を使って移動することは人間にとって非常に有用なスキルであり、ロボットにも当てはまります。

ロボットが壁を押さえるのは本当に難しい

スキルが役に立つほど、習得するのが難しくなります。

二足歩行ロボットアームを壁につかまって動かし、バランスを保つのは、見た目ほど簡単ではありません。この場合、ロボット自体がハイパースタティック構造を形成します。アームが壁を支え終えた瞬間、ボディの力構造は大きく変化します。バランスを維持し続けるには、再計算が必要です。

これに対応して、研究者たちはまずLOLAロボットのハードウェアをアップグレードした。

これまで、LOLA ロボットの腕は主に、速く歩くときに足の動的影響を補正するために使用されていました。胴体の設計は比較的単純であり、多重接触動作中に上腕が「壁を保持する」ことによって発生する負荷に耐えることができません。

この目的のため、今回のアップグレードでは、科学者らはLOLAの上半身を再設計し、骨盤から始まる胴体の強度を向上させ、主要部品の重量を減らして硬度を高め、腕の関節の設計とコネクティングロッドの長さを調整して、より広い作業スペースを実現しました。

ソフトウェアに関しては、LOLA は階層型アーキテクチャを採用しています。

最高レベルでは、ビジョン システムは環境のモデルを生成し、シーン内のロボットの 6D ポーズを推定します。歩行パターン ジェネレーターは、この情報を使用して、LOLA を所定の目標位置に誘導するための動的モデルを計画します。

より低いレベルでは、安定化モジュールがこのプロセスをさらに改良し、モデルやその他の要因によって発生したエラーを補正して、全体的なバランスを維持します。

長期目標

研究開発チームによると、LOLAロボットの長期的な科学的目標は、人間の歩行に必要な要素と制御メカニズムを理解することだ。その脚の運動学的な設計は、人体のものと非常に似ている。

「私たちは運動生理学者と協力して、人間の歩行とLOLAの歩行の類似点と相違点を見つけようとしました。」

研究開発チームは、この研究を通じて、一方では直立歩行の制御メカニズムに新たなアイデアを提供し、他方では人間の歩行の生体力学的モデルに関する現在の理解が正しいかどうかを証明できることを期待しています。

研究者たちは、二足歩行ロボットが腕を使って直立歩行を補助するのは合理的だと考えているが、将来的には、二足歩行ロボットが手足を使って人間とは異なる動きをする方法を見るのを楽しみにしている。