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「nano tech 2008 国際ナノテクノロジー総合展・技術会議」レポート |
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nano tech 2008 国際ナノテクノロジー総合展・総合技術会議は、今年で7回目を迎える、ナノテクノロジーに関連するさまざまな製品や技術、研究などを集めた国際展示会。国内324社(大学など研究機関も含める)、海外23カ国の198社の合計522社(小間数884)が出展しており、ナノテクノロジー分野では世界最大規模にまで成長した形だ。来場者数は、全展示会合わせて3日間の合計で4万9,365人。当初の見積もりの5万人をほぼ達成した。 展示内容は、まさにハイテク中のハイテク。ナノテクといっても、製品への応用はもちろんのこと、研究分野にしても幅広い分野に渡るので、ここではロボットに直接関係のあるもの、またロボットに結びつく技術や、ロボット技術を応用した製品などを紹介していく。 ● アプライド・マイクロシステムの3cmのロボット ロボットそのものを扱っていたブースは少ないのだが、その内のひとつがアプライド・マイクロシステムだ。同社は、電気通信大学の青山尚之教授が研究開発を進めてきた3cm角の超小型ロボット技術を事業化するために同大学発のベンチャーとして2005年に設立された企業である。今回は、その超小型ロボットの慣性駆動型と磁気駆動型の2種類が展示されていた。慣性駆動型は、積層圧電アクチュエータで動作するロボット。縦28mm×横28mm×高さ17mmという、SEM(走査型電子顕微鏡)の真空チャンバー内に入れる寸法となっており、そこで利用できる観察ツールやチルトステージを搭載しているのが特徴だ。重量は44g、移動速度は秒速1mm、1ステップの最大移動量は1μm、分解能は1ステップ25nm。具体的には、カーボンナノチューブや半導体デバイスをSEMで観察しながら、微細作業を行なえるといった形だ。 もうひとつの磁気駆動型は、積層圧電アクチュエータ4個と電磁石で動作するロボット。足が電磁石であることから、磁気吸着できる壁面であれば登坂可能という特徴を持つ。レーザー干渉計のミラー位置決めなどに利用可能だ。こちらは、圧電素子と電磁石を併用した構造である。サイズは縦30mm×横30mm×高さ15mmと、慣性駆動型より少し大きめ。しかし、重量は35gと軽く、移動速度も毎秒2.5mmと速い。1ステップの最大移動量は6μmで、分解能は1ステップで50nm。これらのロボットのサンプルを撮影させてもらった際に、すぐ横に1円玉を置いてみたので、その小ささを見てほしい。
● ATRなど4社によるロボットのための触覚センサ 続いては、具体的な製品や技術ではないが、ロボット用にATR(国際電気通信基礎技術研究所)が、大阪大学、オムロン、ニッタと共同で研究している「ナノ薄膜技術を応用したロボットのための集積多軸触覚センサ」という技術の紹介だ。ATR知識科学研究所スマート触覚デバイス研究室室長兼知識入出力研究室主任研究員の野間春生工学博士が説明してくれた。ロボットと人の手がどれだけ違うか。人はたとえば飲み物の入ったプラスチックのコップなど、子供でも簡単につぶせるような柔らかいものを、つぶさずに持つことがいとも簡単にできる。しかし現在の把持機能を持つロボットの多くは、固いものを持つことはできるが、柔らかいものをつぶさずに持つといったことが非常に苦手である(実質できないに等しい)。それは、なぜかというと、想像がつくと思うが、人の手の感覚の方が圧倒的に優れているからである。人の指は、物をつかむことで押し返してくる感覚と同時に、下へ落ちようとする滑りを検知することができるのだ。よって、スキー用のグローブなどをつけて指先の感覚を大幅に奪うと、先ほどの飲み物の入ったプラスチックのコップをつぶさずに持つことが難しくなるというわけである。 ロボットの指はそうしたグローブをはめた人の指と同じような状況なので、そのセンサ機能を強化しようというのが、この研究である。目標は4つ。接触面に垂直な方向成分(圧力)だけでなく、面と平行な方向成分(剪断力)を同時に検出する多軸化が1つ目。個々の触覚センサの配置を密集させる高密度化が2つ目。個々の触覚センサと信号処理回路を集積し、認識の前処理を実施する集積化が3つ目。そして、ロボットの表皮への埋め込みが4つ目というわけだ。 現在研究中の集積多軸触覚センサの基本アイディアは、ナノ薄膜技術を用いる。基板上に微少な立体構造(マイクロカンチレバー)を独立して4方向に作成し、その上に弾性樹脂を塗布。樹脂表面に垂直、または水平方向に力がかかると樹脂が変形し、それに応じてカンチレバーも変形。この変形に伴う電気抵抗の微小な変化量から圧力と剪断力を同時に算出するという物だ。要するに、4方向にカンチレバーがあるので、どれがどれだけ押されたかで、かかっている力と方向がわかるという仕組みである。4個1組のそのサイズは、800μmだ。 開発状況は、クロムとシリコン(ケイ素)を用いたマイクロカンチレバーの試作品で、圧力と剪断力の同時計測を達成したという。マイクロカンチレバーの作り方だが、シリコンウエハの上に、酸化層、シリコン層、窒化層、クロム層、配線層、をそれぞれ蒸着し、カンチレバーの外形を作った後に、酸化層のみをエッチングによって取り除くと、クロムとシリコンの反り方の差から、上側にレバーの先端部分が勝手に持ち上がるという仕組みだそうだ。この構造の上に、樹脂を敷く。 ロボットの表皮以外にも、タイヤの表面に埋め込む正真正銘のスリップセンサ、ハンドルなどの握り具合などをユーザーインターフェイスとしたり、手すりやドアノブなど人が触れる場所に埋め込むことによってお年寄りの移動時の非常時に備えたりといったさまざまな分野での応用が可能と考えているそうである。 本成果は、新エネルギー・産業施術総合開発機構「ナノテク先端部材実用化研究開発(ナノ薄膜技術を応用したロボットのための集積多軸触覚センサの開発)」の成果である。
● 立命館大学小西研究室のソフトマイクロマシンシリーズ そのほか、大学を初めとする研究機関も多数がブースを並べ、研究内容を紹介していた。立命館大学は、ナノマシンシステム技術研究センターが出展(同大学は、先端ロボティクス研究センターも擁している)。パネルでの展示だが、同大学の理工学部・マイクロ機械システム工学科所属の小西聡教授による「眼球内移植治療を目指した柔軟マイクロアクチュエータ」という発表をしていた。PBA(Pneumatic Balloon Actuator：空圧バルーンアクチュエーター)を用いた圧力駆動柔軟マイクロアクチュエータを、眼球内移植治療用ツールとして応用するという研究だ。眼球内での細胞膜移植といった手術は作業範囲が狭いため、既存の医療ツールだと作業が困難な上、また傷つけてしまう危険性も多いという。そこで、小西教授が同システムを研究開発しているわけだ。移植ツール先端部分は、初期状態で2.5mm×2.5mm×250μmというシート状になっている。細胞膜を移植ツール先端部に収納する収納動作時には、外形が1.3mmの筒状に変形させることが可能。先端部に細胞膜を収納した状態で、内径2mmの中空針の中を通すことに成功したそうだ。 また、眼球内の患部に水平にアプローチするためのスナップ動作も行なえる。イメージとしては、眼球内で手術作業を行なえる超小型ロボットアームというわけだ。ちなみに、同研究は、第2回モノづくり連携大賞特別賞や、電気学会第24回シンポジウム五十嵐賞などを受賞している。 なお小西教授は、前述の眼球内移植治療用の柔軟マイクロアクチュエータを含め、圧力駆動シリコンラバー製ソフトマイクロアクチュエータの「ソフトマイクロマシン」を医療用途に研究開発中だ。そのひとつが、PBAとガイドロボット技術、そしてバーチャルリアリティ技術を組み合わせた、ミクロ世界との遭遇を可能にするロボット「みゅーたん」。さらに、体内において術野・視野を確保するデバイスの「術野・視野確保用レトラクタ」や、吸着固定吸盤とマイクロポンプを一体化させた「マイクロDDS(Drug Delivery System：薬物輸送システム)吸盤」、PBAに触覚提示機能を付加したマイクロ間にピュレーションシステムの「触覚センサ付きPBA」などもある。 ● 立命館大学牧川・野方研究室の体腔内視ロボット また、配付資料の中には、ロボット系の研究の資料が複数含まれていた。それによれば、同大学のスポーツ・健康産業研究センターの研究で、理工学部・ロボティクス学科の牧川方昭教授の「治療用マイクロ体内ロボット」(医・工連携による低浸襲治療の実現)。患部をメスで切り開く行為に体力的に耐えられないというお年寄りなどのため、体内に超小型ロボット(サイズは親指の第1関節から先ぐらい)を送り込み、病巣での手術を行なうというもの。3大SF作家のひとり故アイザック・アシモフ原作のSF小説『ミクロの決死圏』のようである(もちろん小型化した人間はいないが)。サンプルとしてイラストが掲載されていた「留置型体腔内視ロボット」は、マイクロカメラ、マイクロ生体センサ、マイクロ生体マニピュレータ、照明LED、薬剤タンク、生検タンク、光デジタル通信機器、移動用磁場コイル、そしてそれらを統括するマイクロプロセッサからなり、形状は楕円型。マニピュレータは左右に1本ずつある。まるでSFのような話だが、それほど遠くない将来には、こんな超小型ロボットを常に体内に入れておいて、健康を管理する、といった時代が来るのかも知れない。 そんな小型ロボットの動力源はどうするのかと疑問に思われるだろうが、その研究も行なわれている。基本的には、移動用磁場コイルとあったように、磁力を通して外部からコントロールするようだ。その研究は、「体腔内視ロボット移動コントロール」(非接触による3次元移動コントロール技術)。牧川教授と同じく理工学部・ロボティクス学科に所属する野方誠准教授によるものだ。体腔内視ロボットの問題点は、小型であるために大きな力を出すことが難しい点、電力供給を行なえない点としている。そこで、外部からの力で物体を移動させる手段として、磁力を応用。実験では、「3次元磁場印加ステージ」と「磁場駆動制御プログラム」により、滋賀医科大学の協力を得て、ウサギによる動物実験を成功させたそうだ。 ● 東北大学は共同でガスタービン電池を開発中 東北大学は、東北学院大学とIHI(石川島播磨重工業)と共同で、手のひらサイズの「ガスタービン電池」(パームトップガスタービン)を研究開発中だ。灯油を利用するので、CO2の問題などはあるかもしれないが、重量わずか100～500gで、100～1,000Wを発電するという。リチウムイオン電池と比較すると、軽量さと発電時間で勝り、燃料電池と比較した場合は軽量さとハイパワーで勝るとしいている。しかも充電池と異なり、灯油を補給すれば使い続けられるというメリットも。用途としては、幾らでも思いつくわけだが、ロボット用電源もそのひとつだ。電池の構造としては、まず燃料タンクがあり、電気制御器、燃焼器、タービン、圧縮機、発電機となる。燃焼器、タービン、圧縮機の部分がガスタービンとなるわけだが、この部分の実験が進んでいる。マイクロマシン製造技術を用いて、わずか1cmのタービンなどが製造され、圧縮や燃焼の試験が行なわれているわけだ。 そのほか、東北大学では、発電・電池系では、「マイクロ燃料電池」や「マイクロ燃料改質器」も研究開発中である。医療分野では、「低浸襲検査・治療へのマイクロマシンの応用」が課題だ。ロボット的なイメージを持つ医療機器としては、ロボットアームのように自在に動く「液体吸引型能動カテーテルおよび能動ガイドワイヤー」や、形状記憶合金を用いて同じく自在に動く「形状記憶合金を用いた能動屈曲内視鏡」などがあった。
● 常識を超えた静穏性サーボを出展した三明 サーボメーカーの三明は、人の耳で聞いても明らかにわかるほど静粛性の高い高性能サーボ「Si-Servo」シリーズを出展。高性能サーボ運転をローコストで実現するべく同社が開発した、まったく新しい「ステッピングサーボシステム」ということである。3つの「ありえない」を克服しているのが特徴で、「ステッピングで高分解能位置決め」「ステッピングで振動の無い運転」「ステッピングで脱調レス」としている。高分解能位置決めと脱調レスの確認は難しいが、振動がないこと、ひいては非常に静かなことはすぐにわかる。サーボ(ステッピングモータ)といえば、一定の高周波のような音がするものというイメージだが、「Si servo」シリーズは何かのトリックではないかと疑ってしまうぐらい静か。同社の従来の「M3 MOTOR」と呼ばれる製品と、「Si servo」シリーズの「M2 MOTOR」をムービーで撮影してみたので、比較してみてほしい。なお、周辺でほかの機械が動作しているため、一見するとM2 MOTORも音を立てているように見えるのだが、モーターの回転と同期していない音なので、音を立てていないことがわかるはずだ。なぜそれほど静かなのか(振動が少ないのか)ということを、同社産業電気営業部精機事業推進室室長の堀川邦彦氏にうかがってみた。とにもかくにも、余分な電力を流さないようにして、非常に厳密にコントロールしているからだそうだ。つまり、無駄な動作をなくしているというわけである。その分、当然高額だろうと思われるが、実はひとつ1万円台。ホビー用ロボットの高級サーボと値段的には変わらなかったりする。ただし、そうしたホビー用ロボットのサーボを用途として開発されているわけではないので、それらに使用するというのは難しいと思われる。「あのサーボ音があってこそロボット」という人も多いとは思うが、「ステルス性の高いロボットを作ってみたい」などという人は、チェックしてみるといいかも知れない。
● メレスグリオの気持ちよく動くロボットアーム 実際にはロボットアームとして販売されているわけではないが、メレスグリオの「サーフェスリニアモーターステージ」は、その動きがロボットアーム的だったので、ムービーを撮影させてもらった。同製品は、モーター駆動にリニアモーターの原理を採用した、精密位置決めステージ。用途としては、電子部品や各種機械の組み立て工程、また医薬品や食料品の製造工程、さらには工業製品の検査などに幅広く利用できる装置である。エアーにより浮上しており、機械的に接触する部分がないために摩耗が生じず、給油などのメンテナンスを必要としないのが特徴だ。
● そのほかハイテク好きを引きつける研究や製品の数々 同展示会は、まさに最先端中の最先端技術や製品、研究などが集まっており、受付でもらえるガイドブックに目を通しているだけでも、興味津々な単語が並んでいる。ほとんど記者の趣味の世界なのだが(笑)、SFファン、ハイテク好きなら、必ずグッと来ること請け合いである。そんな例をいくつか挙げていくと、SPSシンテックスの「超硬・チタン合金焼結体」、NECの「量子コンピュータ用デバイス」、大阪大学産業科学研究所の「人工生態情報ナノマテリアル分野」、大阪大学ゆらぎプロジェクトナノ材料領域の「生体ゆらぎに学んだ脳型情報回路」、ケーブラッシュ商会の「人工筋肉とナノセンサー・ナノアクチュエーター」、情報通信研究機構バイオICTグループの「タンパク質モータ」などなど。もう、カーボンナノチューブなど、何社も出展していたりするぐらいである。ちなみに、最も記者的にストライクだったのは、ナノバイオ Expo 2008の14日に行なわれた有料シンポジウム内の招待講演その2のタイトル。富士通研究所ナノテクノロジー研究センター主席研究員の藤田省三氏による「人工DNAを素材として実現するたんぱく質の検出法」である(あまりにもロボットからかけ離れているのもあり、拝聴はしていない)。残念ながら、これらはさすがに最先端中の最先端の研究であるため、パネルで紹介されているものがほとんど。しかし、普通はハードSF系の小説やコミック、または科学雑誌などの中でしか見受けないような単語が、同展示会では大量に見られるというところが感動的なのだ。
ナノテクというと、なにか狭い範囲に聞こえている方もいるかも知れないが、実際にはバイオや医療などの範疇も含めた「ものづくり」の最先端といった方が近いように思う。このように、超難解な最先端の専門用語が並んだ製品名や技術名、研究テーマなどを見て、あれこれ想像してみるだけでも楽しいのが、国際ナノテクノロジー総合展・総合技術会議なのである。「最先端技術」などと聞くといても立ってもいられない人も、どれだけ人類の技術が進んでいるかを目の当たりにしたい人は、ぜひ来年には訪問してみてはいかがだろうか。 ■URL nano tech 2008 国際ナノテクノロジー総合展・総合技術会議 http://www.ics-inc.co.jp/nanotech/
（ デイビー日高 ）
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