人間、特に製造業で働く人にとっては、結び目を作る、ケーブルからケーシングを剥がす、穴にピンを挿入する、ドリルなどの手工具を使用するのが非常に一般的です。 単純なタスクのように見えるかもしれませんが、実際には非常に複雑で、非常に細かい指と手の動きを伴います。
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ロボットは、工場作業や、サービス産業や医療など、さまざまな種類の仕事にますます関与していますが、器用さはそれほど印象的ではありません。 50年以上前に人々が自動車工場で働くようになったので、パーツを溶接、塗装、組み立てできるロボットを構築しました。 今日の最高のロボットハンドは、使い慣れたオブジェクトを拾い上げて、倉庫から製品を取り出して箱に入れるなど、他の場所に移動することができます。
しかし、ロボットはハンドツールを適切に方向付けることができません。たとえば、ネジの溝にプラスドライバーを並べたり、ハンマーを釘に向けたりすることはできません。 そして、彼らは間違いなく、リモコンのバッテリーを交換するなど、詳細な方法で両手を一緒に使用することはできません。
人間の手は、これらのタスクなどに優れています。 手が簡単にできるものに匹敵するためにも、ロボットの手にはより優れた敏ility性、信頼性、強度が必要です。そして、彼らは今よりも正確に感知し、さらに細かく動き、何を理解する必要があります再開催とそれを最高に把握する方法。 ロボットが人間と一緒に動作できるようにするには、2つでは足りないときに文字通り手を貸してくれるロボットを作成する方法を理解する必要があります。
ノースイースタン大学の私の研究グループは、特に3本の指と各手に親指を持つNASAのヴァルキリーのようなヒューマノイドロボットに対して、これを行うことに取り組んでいます。 各指には指の関節のような関節があり、各手には簡単に回転できる手首があります。 私たちはモーションの作成に取り組んでいます-腕、手首、指、親指の動きを組み合わせて、ボルトを締めるために円を描くようにレンチを動かしたり、ある場所から別の場所にカートを引っ張るなどのタスクをまとめて実行します。
これらの産業用ロボットにはそれぞれ、複数の専用ツールがあります。 彼らのタスクの多くは、ロボットの手で実行できますか？ （スティーブ・ジャーベットソン/ flickr、CC BY） 手の重要性
各ロボットを非常に特定のタスク用にカスタマイズされたカスタムマシンにするのではなく、多目的ロボット、または「汎用」と呼ばれるような能力のあるマシンを設計する必要があります。 これらのタイプのロボットの成功の鍵の1つは、優れたハンドです。
私たちの仕事は、正確な微動と自律的な把持が可能な新しいクラスの適応ロボットハンドの設計に焦点を当てています。 ロボットが釘を打ったり、バッテリーを交換したり、他の同様の動きをすることができたら（人間にとっては基本的ですが、ロボットにとっては非常に複雑です）、ロボットの手で人間のような器用さを手に入れることができます。
この目標を達成するためには、硬い要素と柔らかい要素を取り入れた新しいデザインを考案する必要があります。人間の骨がグリップに力を与え、皮膚が圧力を分散してワイングラスが砕けないようにする方法です。
開発とテストの高速化
最新の技術的改善により、開発プロセスが容易になっています。 3D印刷を使用すると、プロトタイプを非常に迅速に作成できます。 低価格の使い捨てコンポーネントを作成して、シンプルなピックアンドプレース作業用の2本または3本の指グリッパーや、より繊細な操作用の擬人化ロボットハンドなど、さまざまな機構の配置を試すこともできます。
NASA Valkyrieロボットのさまざまなタイプの手。 （ノースイースタン大学、CC BY-ND） 電子カメラとセンサーが小さくなるにつれて、新しい方法でそれらを組み込むことができます。 たとえば、圧力センサーとカメラをロボットの手に入れると、グリップが固定されたとき、または何かが滑り始めたときに、ロボットコントローラー（人間または自動）にフィードバックを与えることができます。 いつの日か、彼らは滑る物体がどの方向に動いているかを感知できるようになるかもしれません。
これらの能力は、視覚と固有受容（それを見たり考えたりせずに身体の部分の相対的な位置を感知する能力）を通じて、人間にとってすでに第二の性質です。 ロボットでそれらを達成できるようになると、彼らは握りが強すぎ、物体を強く握りすぎているかどうかを検出するなどのことを行うことができます。
協調運動の計画
もう1つのマイルストーンは、ロボットがリアルタイムで行う必要がある動きを把握するための方法を開発することです。 ロボットハンドが処理中のオブジェクトの変化を検出したり、それらを保持しながらアイテムを操作したりすると、結び目やワイヤーストリッピングなどの一般的な手動タスクを支援できます。
2つの手を一緒に使用することは、特に製造業にとって大きな後押しとなりますが、さらに先のことです。 両手でドリルを操作したり、一方の手からもう一方の手に機械部品を渡すことができるロボットは、工場のプロセスでさらに多くのステップを自動化できる大きな改善となるでしょう。
これは未来のロボットですか？ （NASA） 私たち人間はまだこれらのシステムを開発していません。 人間のような自律型ロボットの器用さを実現すると、ロボット工学の研究者、技術者、革新者が近い将来に忙しくなります。 現在のプロセスには、安全性、速度、品質を改善するための自動化の余地がまだあるため、製造業で進行中のロボット革命を遅らせることはありません。 しかし、ロボットをさらに改良すれば、彼らは私たちに手を差し伸べることができるでしょう。
この記事はもともとThe Conversationで公開されました。
Taskin Padir、ノースイースタン大学電気およびコンピューターエンジニアリング准教授
