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※この記事は『ハーフムーントーク』2024年第13号の内容です。

ロボットと握手するのはなぜこんなに難しいのでしょうか?

赤ちゃんは1歳のときにくじを引くことができますが、ロボットに物をつかむことを学習させることは、何百ものトップジャーナル論文でも明確に説明できないことです。

科学者たちは、ロボットが風船を拾ったり、グラスを持ち上げたりすることは、人間のようにチェスをしたり、人間のように話したり、人間のように歩くことよりも難しいと語ります。 北京工業大学フレキシブル電子デバイス・インテリジェント製造研究所所長の沈国鎮氏は、「10年前、私たちの周囲には『ロボットと握手するな』という格言があった。」と語った。

なぜそんなことを言うのですか？握手の仕方を知らないロボットが世界と対話する方法には何が欠けているのでしょうか?

皮がないと全然違うよ

であった -

「昔のロボットは触覚がなく、力のコントロールもできませんでした。人と握手をするときも、いつ手を離したらいいのかわかりませんでした。気をつけないと、人の骨を砕いてしまうかもしれません」沈国鎮氏の答えは、ロボット研究の主要な核心、つまりロボットの本体を明らかにした。人間の臓器のうち1つが欠けているが、最大の臓器は皮膚である。

皮膚がなければ、ロボットが発達した触覚を持つことは困難です。映画史上の古典的なロボットのイメージの 1 つである「エドワード シザーハンズ」は、力で誤って人を傷つけてしまうものであり、今日でもロボット研究室では珍しいことではありません。

このため、ロボットが作文を書いたり、チェスをしたりする話はすでに出てきましたが、ロボットが家事を上手にこなす話はまだ聞いたことがありません。

接触は実際には複数の感覚情報の「組み合わせ」です: 接触の位置、接触力の大きさと方向、接触物体 (または非接触物体) の温度、質感、硬さ...皮膚はこの情報を非常に繊細に捉えることができ、その手がかりが脳に渡され、私たちの無意識の反応や行動の多くが開始されます。

皮膚は体の表面にある約 2 平方メートルの付着層であるだけでなく、人々とその周囲の世界との間のコミュニケーションリンクと相互作用でもあると言えます。

では、ロボットにスキンを追加してみるのはどうでしょうか?ロボットは人間と同じように環境を認識し、適応することができるのでしょうか?

バイオニック三次元電子スキンを備えたロボットハンドが人間の手と相互作用する

電子皮膚、それは一体何ですか？

もちろん、映画に登場するすべてのロボットがエドワードに似ているわけではありません。

SF映画『アリータ』の主人公ロボット・アリータは、痩せているが「六角戦士」である。彼女の戦闘力は人間よりも敏感な電子皮膚をはじめとする「ブラックテクノロジー」によるもの。

そう、電子皮膚です。ロボットが自分の身体と周囲の環境を完全に認識できるようにする電子スキンは、今日のロボット工学における重要な研究分野となっています。

ロボットが電子皮膚の助けを借りて触覚を獲得すると、環境内の圧力信号をより完全かつ正確に読み取ることができ、その動作はより柔軟かつ効果的になります。一般的に言えば、現在のロボットには物体への正確な力のフィードバックが欠けており、小さい物体や柔らかい物体を正確に掴んで操作することが困難になっています。電子皮膚は将来のロボットに一対の「熟練した手」を与えることができ、高精度の手術を簡単に実行できるようになるかもしれない。

では、電子皮膚とは一体何なのでしょうか？

沈国鎮氏は、人間の皮膚は表皮、真皮、皮下組織で構成されており、電子皮膚も同様の「サンドイッチ」構造を持ち、電極材料、活物質、フレキシブル基板で構成されていると紹介した。電極材料は電気接続層として機能し、電気信号を送受信するために活物質の両側に配置されます。活物質の機能は、環境刺激を検出可能な電気信号に変換することです。フレキシブル基板は、電気信号をサポートする役割を果たします。電子スキンとロボット本体の接続が一体化します。

電子皮膚を開発するにはどのような問題を解決する必要がありますか?まず問題となるのは素材の「柔らかさ」です。電子肌の鍵は「柔らかさ」という言葉にあります。皮膚として機能する材料は、硬くて脆いものではなく、柔軟で伸縮性がなければなりません。 どうしたら「指を柔らかく巻く」ことができるのでしょうか？

現在、科学界では 3 つの方向性が検討されています。 1 つ目は、物理的な柔軟性に焦点を当て、より小規模な材料の開発に努めます。例えば、柔らかく生体親和性の高いナノシリコンを生化学センサーとして利用することで、皮膚の機能をある程度実現することができる。 2 つ目は構造の柔軟性に依存します。バネ、スパイラル、ヘビなど、金属や他の物質のさまざまな新しい機械構造を開発し、伝統的な硬い材料を優れた伸縮性と曲げ能力を備えた新しい材料に変える努力が払われています。他の科学者は、ポリマー工学によって本質的な柔軟性を突破し、ポリマー材料の特性を変更して、高い引張特性や自己修復機能さえも持たせることを試みています。

電子皮膚の開発にはセンシング機能にも取り組む必要があります。センシングは、機械が環境を認識するための基礎であり、圧力や温度を感知し、触れたさまざまな物体を判断し、手に持っているものが桃なのか卵なのかを判断することができます。センサーは必要ありません。触覚センサは接触物体表面のさまざまな特性を最大限に引き出す必要があり、特にセンシング感度に対する要求は高い。

Shen Guozhen 氏のチームが開発した、柔軟で伸縮性のある多機能電子スキンは、人間の生理学的信号のリアルタイム監視に使用できます。

また、センサーで捉えた信号をいかに効率的に伝達するかが課題となります。重要なのは、ロボットの「脳」への送信中の信号の損失を最小限に抑えるにはどうすればよいかということです。

電子スキン、あなたも手に入れましょうか？

実は、電子皮膚はロボットの次世代機器であるだけでなく、私たち自身にとっても「持つ価値」があるのです。

仮想現実技術が台頭している今日、電子スキンは人間がメタバースを歩き回るのに重要な助けとなる可能性があります。仮想世界では、電子皮膚は触覚を最大限に復元することができ、人々が仮想物体にほぼ現実的に「触れる」ことができるだけでなく、風、水の流れ、火によって人々に与えられた感情さえも復元することができます。没入感と現実感が大幅に向上。

さらに、火傷や熱傷を負った患者や切断患者は、電子皮膚によって触覚を取り戻し、より良い生活を続けることができます。

電子皮膚は、身体的および精神的に正常な一般の人々をどのように助けることができるでしょうか? 「人間の健康監視装置として機能できます。電子皮膚は人体に直接接触し、心拍数、体温、血糖値、血圧などの身体データのリアルタイム状態を直接測定できます。 ）精度に相当する高精度センサーを介して「健康ブレスレット」のレベルが跳ね上がりました」 沈国鎮氏は、この種の技術は成熟しており、製品は徐々に市場に投入されるだろうと述べた。

実際、科学者たちはもっと大胆なアイデアを持っています - スマートフォンの機能を電子皮膚に統合できるか?電子スキンのセンサーが十分に敏感で、回路がスムーズで、性能が安定している場合、電子スキンのさまざまな位置を「クリック」してメッセージを送受信したり、電話をかけたりするのは論理的ではないでしょうか。

そうすれば、私たちは本当に携帯電話を置いて身軽に外出できるようになるかもしれません。

原題は「ロボットと握手する勇気はありますか？」 》

『盤月潭』記者：張曼子／編集者：范忠秀

編集者: Qin Daixin / 校正者: Zhang Ziqing