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未来館と産業研のコラボイベント「発見! ロボット研究最前線」同行記 |
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今回のイベントは、日本科学未来館に隣接し、2階の通路でつながっている、独立行政法人産業技術総合研究所の臨海副都心センター本館内にあるデジタルヒューマン研究センターとのコラボレーションによるイベントだ。ちなみに日本科学未来館友の会とは、入会すると大人の入館料2回分の1,000円(家族誰でも使える家族会員としての入会は2,000円)で、1年間入館フリー(年間パスと等しい)となるものだ。また友の会の会員のみが参加できるさまざまな有料・無料のサイエンスイベントに参加できるようになる。 なお10～11日はロボットデーとでもいうぐらいのロボット関連のイベントずくしとなった。今回の「発見! ロボット研究最前線」のほかにも、「『教育用レゴ マインドストームNXT』で学ぶロボットプログラミング(体験版)」「小型2足歩行ロボットを動かしてみよう!」「味覚ロボットに挑戦!」なども催された。 また、3月8日、9日に同館での開催が決定している「第11回ロボットグランプリ」の2日目に行なわれる「ロボットスカベンジャー競技会」と連動した工作系イベント、「掃除ロボットでゴミの分別収集に挑戦! 「スカベンジャーロボット」製作教室」の第1回も実施。こちらは17日に第2回、24日に最終回の第3回が実施され、計3回のイベントすべてに参加すると、ロボットスカベンジャー競技会への参加申込みを行なえるという形だ(参加受付は終了している)。 また、独立行政法人産業技術総合研究所に関して説明すると、かつての通商産業省(現経済産業省)の工業技術院が2001年4月に独立行政法人化した組織。多種多様な分野の研究者集団の融合と、創造性の発揮による研究活動を通じて、新たな技術の種の創出や産業技術力の向上、新規産業の創出など、日本の経済的発展に貢献し、人々の生活向上に貢献することを目的としている。その中でもデジタルヒューマン研究センターは、人間の生理解剖的、運動機械的、認知心理的なモデルをソフトウェアとして実現することで、製品やサービス設計の効率化と事前評価を可能とし、ロボットを含めた装具、機器、設備などのヒューマン・インタラクションを含むシステムを安全で効率のよいものにすることを目指とした研究所だ。同センターでは、5つのチームが活動中である。人間モデリング、人間適合設計、人間行動理解、ヒューマノイドインタラクション、人間情報可視化だ。今回は、その中の、加賀美聡工学博士がリーダーを努めるヒューマノイドインタラクションチームの部署を訪問した。 見学ツアーは一般入場者が入れない、日本科学未来館の待合室からスタートし、同館の裏の通路とでもいうべきスタッフ用の通路を通って2階へまず移動。同館に詳しい方ならわかると思うが、実はこの2階も一般入場者は入れないフロアだ。表側からだと、1階の次は3階になってしまうのである。2階にはスタッフ用の部屋があり、隣接する独立行政法人産業技術総合研究所のデジタルヒューマン研究センターが入っている臨海副都心センター本館との連絡通路も存在する。この連絡通路も、普通は知られていないものである(特にどちらのサイトなどでも連絡通路があることは、少なくとも目立つ形ではうたわれていない)。
デジタルヒューマン研究センターに入ると、泥などが落ちないようにするためのカバーで靴を包んでから研究室へ。この念の入れようが、一般的な見学施設ではないことを理解させてくれる。入室すると、奥にはロボット好きには有名な川田工業のヒューマノイド型ロボット「HRP-2 プロメテ」(アニメのメカデザイナーとして有名な出渕裕氏がデザインしたことで知られている)が、歩行時の転倒防止用に天井から安全フックでつるされた状態で立っていた。そのフックは天井に設置された2次元平面を移動できる仕組みになっており、HRP-2の移動に合わせてフックも移動する大がかりな機構になっている。そのほか、ヒューマノイド型ロボットとしては、「JSK-H7」(川田工業製)も展示されていた。
まずは、加賀美博士による、同センターおよびヒューマノイドインタラクションチームの解説が行なわれた。その後、JSK-H7のそばに移動し、ヒューマノイドインタラクションチームの所属で、加賀美博士と同じくヒューマノイドの研究をしている西脇光一工学博士による解説がスタート。西脇博士は、ヒューマノイドロボットが人の生活の中で手伝いができるようにと、HRP-2やJSK-H7を使って研究している。 JSK-H7の基本スペックは身長146.8cm、全幅60.4cm、奥行き25.5cm、体重57kg。アルミニウム合金製だ。自由度数は36(かつては32だった)。使用されているコアレスDCモーター「maxon RE35」の重量は340gで、15A時に790mNmを出力する。10cm先で0.8kgfの出力を出せるということだ。ただし、それだと出力が足りないので、ハーモニックドライブ減速機「CSF-17-120」(φ60mm)でトルクを確保しているという、近年のヒューマノイドロボットのスタンダードな仕組みを採用している。 CPUは、かつてはPentiumIII 750MHzを2個、メモリは256MBだったが、現在はXeon 3.06GHzを2個、メモリも2GBに拡張されている。そのほか、1,200×1,000のCMOSステレオカメラ、54Mbpsの無線LAN、加速度センサ・角速度(振動ジャイロ)センサなどを搭載。関節の駆動機構に関しては、股関節が14.5kgfm、ヒザ関節が14.8kgfm。10代後半のサッカー選手が伸展で20.5kgfm、屈曲で10.5kgfmなので、単純比較はできないが、体重が57kgと成人男性としては軽い部類に入るので、だいぶ能力的に人間に近くなっているといえるのではないだろうか。 意外と驚いてしまうのが、一般的なPCと変わらないCPUを搭載している点。かつてはPentiumIII 750MHzが2個で動いていたというところは、プログラム次第で動かせるのかと感心してしまう。およそ1秒間に1,000回の計算をして、全身のモーターをどう動かすか指示を出しているのだそうだ。そう聞くと、人間はどこの筋肉にどれだけ力を入れて、どこの力を抜いて、などと意識してやっているわけではないので、逆に人間はすごいとも感じてしまったりもする。ただし、スタミナ面で見るとJSK-H7はまだまだ。内蔵バッテリの持続時間が、JSK-H7は5分間ほどしかないらしい。HRP-2は30分だそうだ。
同部門では、ロボットに自律的に人のサポートを行なわせようという研究を行なっているわけだが、そのためにはまず環境の認識が必要。視覚情報として周囲の状況を捉え、移動ルートなどを割り出したりすることから始めるわけである。そうした研究内容を今回のような見学会で紹介するため、9面マルチモニターが同部署には用意されている。モニターは、「環境認識機能」「歩行の計画」「歩行計画に基づく自律移動」「歩行制御機能」「物体の操作」「ロボット内部状態の可視化」「全身運動制御」「動作の計画」「家庭用サービスロボット」だ。リアルタイムでJSK-H7に関する情報を表示しているわけではなく、説明用のプロモーション的な映像が流されている。 内容だが、例えば環境認識機能は、JSK-H7が環境をどう認識しているか(ロボットの頭の中)を見られる映像だ。歩行の計画では、認識した環境に対して、自分がどのようなルートを通ればちゃんと目的地に行けるかを計算している様子がわかる。ロボット内部状態の可視化は、一種のデバッグモードだそうだ。
ちなみに、JSK-H7はステレオカメラを搭載しており、人間がふたつの目で立体視しているのと同じ原理で、三角測量を用いてさまざまな物体までの距離を導き出すことが可能だ。ただし西脇博士の説明では、その先が大変ということである。その先とは、移動ルートのことで、人間はどこをどう通ればなんてことは考えるまでもなく直感的に行なっているが、ロボットはその「直感的なこと」がいうまでもなく最も苦手である。 結局、ロボットは目的地までの移動経路をどう判断しているかというと、高速計算の力任せだったりする。つまり、踏み出すことのできる最初の1歩のすべてを計算したら、その次に踏み出せる2歩目をすべて計算し、さらに3歩目、4歩目と、ありとあらゆるルートを計算しては、障害物があったらダメ、という具合で最終的に残った正解を用いて移動するのである。ルートが見つかれば楽かというと、もちろんそんなことはない。その通りに移動するためには、全身のサーボの制御を行なう必要があり、これまた大忙しとなるわけだ。 続いては、HRP-2の前に移動して説明。1歩踏み出すだけでも、1秒間に1,000回の計算を行ない、全身のモーターの最適な制御を割り出し続けた結果、人間の目には滑らかな1歩に映るという。最近は軽々と歩くロボットが多いから忘れてしまいがちだが、涙ぐましい努力で歩いていることを説明してもらえた。HRP-2はすぐそばにあるジョイスティックで操作可能。移動する方向を指示されると、HRP-2はそのために必要な計算を行ない、まずは1歩を踏み出すわけだが、頭の中で認識している世界と現実世界とはズレがある。そこで、足裏などにあるセンサからの情報を得て修正、また1歩歩いて修正ということをして、倒れないようにしているというわけである。 ちなみに、こうした見学ツアーでは、さすがに本物のHRP-2を動かせないので、かわりにバーチャルなシミュレーターが用意されていた。モニター内に複数のHRP-2がおり、ジョイスティックでそれらを動かせるというものだ。
次に紹介されたのは、複数の音を同時に聞いて聞き分けるというロボット「Penguin2」。ART-Linuxという実時間OSを開発して採用していることから、Linuxのシンボルであるペンギンにちなんで命名したそうである。ちなみに、そのシリーズの2代目だそうだ。今度は、加賀美博士が説明を行なった。 最初、人間は電車の中で会話ができるという例からスタート。必要な音声情報と、雑音とを切り分けられるから、電車の中でも人間は会話が可能だが、現在のコンピュータは入ってきた音を認識することしかできない。要するに、必要な音も雑音も区別できないということである。でも、将来的にロボットを実際に使うとなった場合、さまざまな雑音のある中で「着いてきて」などの意味のある言葉(命令)を認識しなければ役に立たないということで、人の命令を雑音の中から聞き分けるという研究を行なっているというわけだ。 このロボットの上部には、同心円上に32個のマイクがつけられている。携帯電話などに使われているコンデンサーマイクロフォンと呼ばれる指向性のマイクだ(前方後方どちらの方向から入ってきても音を拾える)。望遠マイクというものを作り出そうとしている実験だそうである。 マイクが並んでいる円の直径は34cmあるので、ある方向から話した場合、最も近い位置にあるマイクがその音を拾ってから、最も遠い反対側の位置のマイクで音を拾うまで、約1,000分の1秒。1,000分の1秒というと、人間には認識できない瞬間の世界だが、コンピュータにとってはとても長い時間なので、どちらから音が来たかその差で簡単にわかるというわけだ。PCのソフト上で、どの方向から音が入ってきているかも見られる仕組みである。
次に、そのロボットを使って、音を聞き分けるというデモを実施してもらえることに。スピーカーからよく聞こえるぐらいの音量でクラシック音楽を流しつつ、見学者の少年と女性の計2人が、原稿(童話)を音読した。人間でも少し意識を集中しないとそれぞれ聞き分けられないような感じである。 10秒間ほど収録し、312度、225度、136度の方位に強い順で音があったという結果が出た。そして、どんな音があったかを再生。まず、ひとつのマイクで取った場合からだ。音楽が流れる中、女性と少年がそれぞれのリズムでもって音読しており、録音されたものなので生で聞く以上に判別しづらい。それが、それぞれ個別に音を取り出して再生することも簡単に行える。実際に見ていなかったら、個別に録音したようにしか聞こえないほどクリアーな音声である。まるで録音スタジオで個別にマイクに向かって話し、あとからBGMを追加したという、マルチトラックレコーディングにしか思えない状態。 普通の音声データも、イコライザーを使って雑音を弱くしたり、音声を強くしたりといった調整はできるが、肉声のみを拾い出すといったことは、なかなか簡単にはいかない。それがうそのようにクリアーに聞こえるから、ツアー参加者から「おー」と驚きの声が上がるのも無理はないといえよう。人間とはまったく違う聞き分け方なのだが、何個も同時に命令を下してもちゃんと理解してくれるというシステムの開発が目的の研究である。
今度は、赤いロボットが紹介された。こちらも、「Penguin2」シリーズのひとつ。このロボットには、前部にレーザ距離センサが搭載されている。レーザが物体に反射して返ってくるまでの時間で距離を算出するセンサだ。それによって、どこに障害物があり、どこにすき間があるかというのを探すわけである。ジョイスティックでの操作も可能だが、障害物がある場合は、自動的に避けてくれる仕組みだ。ちなみに、後方用のレーザ距離センサは搭載されていないので、後退するときは操縦者が気をつけないとぶつかってしまうそうである。
この後は、自由時間になったので、加賀美博士と雑談的な話をさせてもらった。ちなみに、JSK-H7とHRP-2、デザイン的には大きく異なるが、スペック的にはほぼ同じだそうである。面白かったのが、HRP-2のボディーの製作の話。デザイナーの出渕裕氏のデザイン画を基に、CADオペレーターが3D化していったわけだが、やはり2Dのデザイン画と実際の3Dのモデリングとでは一致しない部分が多々ある上に、本物のロボットなので内部のメカニズムの問題などがあるため、3D化に関してかなり苦労があったそうである。 加賀美博士的には、「出渕さんに納得してもらえたかどうかはわからないのですが」ということだったが、顔はパトレイバーをイメージさせるラインがでているし、全体の立ち姿も出渕氏のラインが出ているので、個人的には以前から及第点だと思っているのだが、2Dのデザイン画を中のメカニズムも考慮しながら3D化するのは相当難しいようである。 また、JSK-H7とHRP-2はスペック的にはほぼ同等にも関わらず、デザインが異なるだけでHRP-2の方が精悍で機能的に大きく上のように見えてしまうという点に対しては、加賀美博士も「デザイナーの方の力はすごいですね」と称賛していた。その一方で研究者の方の中には、機能的に意味がないものに対しては「?」となる人もいるそうで、「頭部のツノは何? アンテナなのかな?」といった意見もあるらしい。記者のようなタダのロボット好きには、ヒーロー系ロボットには(敵メカに着いている場合も多々あるが)にはツノは必要だと思うので、HRP-2はありだと思うのだが、実際の研究者の方たちの意見はまた違うのだな実感できた。 ちなみに、HRPシリーズといえば、すでにHRP-2の進化型の「HRP-3 Promet Mk-II」(デザインは同じく出渕氏)が昨年6月に発表されているが、こちらは1カ月後に同センターに届くそうである。 見学ツアーは短時間のため、雑談の後しばらくして終了。参加者も加賀美博士や西脇博士に質問したり、ロボットの操縦をしたりして楽しんだ様子。決して余裕のあるスケジュールではなかったが、貴重な最先端の研究現場を見たり、最前線で活躍する研究者と直接話ができたりして、満足していた様子だった。 なお、デジタルヒューマン研究センターでは、直接的なロボット分野の講演はないが、参加費無料の「デジタルヒューマン・シンポジウム 2008」を3月7日(金)に開催する。場所は、日本科学未来館みらいCANホールだ。デジタルヒューマン研究センターの研究者や複数の大学の研究者による、講演や研究発表が行なわれる。また講演終了後は、デジタルヒューマン研究センターの見学会も実施する形だ。興味のある人は、申し込んでみよう。 また、日本科学未来館でも、3月8日(土)・9日(日)には、冒頭で紹介したとおり、第11回ロボットグランプリを開催。そのほか、友の会のロボット系イベントとして、3月9日(日)の「ロボット運動系コース『ロボットはどうやって歩くの?』」や、3月23日(日)の「ロボット研究室」などがまだ参加者を募集中だ。 ■URL 日本科学未来館 http://www.miraikan.jst.go.jp/ 産業技術総合研究所 http://www.aist.go.jp/ デジタルヒューマン研究センター http://www.dh.aist.go.jp/ 【2002年12月10日】川田工業、出渕裕氏デザインの2足歩行ロボット「Promet」公開(PC) http://pc.watch.impress.co.jp/docs/2002/1210/promet.htm 【2001年11月8日】川田工業、Pentium III搭載の2足歩行ロボット「isamu」を公開(PC) http://pc.watch.impress.co.jp/docs/article/20011108/isamu.htm ■ 関連記事 ・ 働く人間型ロボット「HRP-3 Promet Mk-II」発表（2007/06/21）
（ デイビー日高 ）
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