私たちの日常生活の中でも、
さまざまなシーンで登場する
「システム」という言葉。
日本語では、制度や組織、体系、系統などと
訳され、一般的には
「さまざまな要素を組み合わせ、
全体として何らかの機能を発揮する
ひとまとまりの仕組み」のことを指します。
ロボット開発では、
「さまざまな材料や部品、プログラムなどを、
どのように組み合わせ、どう動かすのか」
この「システム」の設計が、
機械やロボットの機能や性能に、
大きく関わっています。
近年のロボット技術の進歩はめざましく、オートメーション化した製造工場など、私たちの暮らしのさまざまなところで自動化・ロボット化は進んでいます。しかし、進化が進んでいるとはいえ、ロボットが人間の意図を汲み取り、思い通りに勝手に動いてくれるわけではありません。人間が思い描く目的にあわせて挙動するよう、機械やロボットはシステムや機構が設計されています。どんなに高性能なロボットであっても、思い通りに動いてもらうためには適切な「システム設計」が欠かせないのです。
「たとえば人間が無意識にしているような行動でも、紐解いていくと実は複雑なプロセスの上に成り立っています。ロボットに同じことをさせるには、その複雑なプロセスをモデル化してあげなければいけません。このとき、いかにシンプルで高精度なモデルを設計できるかが、ロボット開発の大きなポインになります。それが『システム設計』です」
そう語るのは、制御理論やシステム設計を専門にしている大同大学工学部機械システム工学科の尾形和哉先生。尾形研究室では、機械やロボットの運動性能を向上させるための考察を進めながら、機械制御の方法やシステムを検討し、実際にさまざまなロボットを製作しながら、実験研究に取り組んでいます。
尾形研究室で取り組んでいる研究テーマのひとつ「ロボットの自己位置推定」。これは、自律的な行動ができるロボットを開発する際に必要となる、ロボットが自分の位置を認識するための仕組みを検討する研究です。
「ロボットが人間と共存して活躍するためには、人間と同じような認識技術としなやかな動作の実現が要求されます。特に今いる場所をロボットが正確に認識できなければ、自身の行動決定もできません。さらに、人やモノと衝突しないよう行動できることも重要です」
尾形先生によると、工場内での自動運搬ロボットなど、現在でも一部ではすでに自分の位置を認識できるロボットは実用化されています。しかし、現段階のロボットによる自己位置推定能力は、「あらかじめ工場内に引いてあるラインを認識し、そのライン上を動くように設計されている」など、限定的な段階です。そこで尾形研究室では、カメラ映像や赤外線センサで壁との距離を測定し、それらのデータをロボットが統計的に学習することでロボット自らが環境マップを作成し、自己位置が推定できるようにするモデル開発を検討しています。この研究が進めば、災害現場などあらかじめ設定することが難しい環境であっても、自己位置を推定して自律的に行動するロボットが開発が目指せます。
尾形研究室の学生たちは、「ロボットに何を手伝ってもらったら人間が便利になるか」という自分の興味に沿って考察し、それを実現するためのアプローチを検討しています。実際にロボットを製作しながら研究を進めているため、2台で協調してモノを運ぶことができるロボットなど、研究室には学生たちが試作したロボットがたくさん並んでいます。
「シミュレーションがうまくいっていても、実際につくってみたら不具合の連続、というのはこの分野ではよくあること。ロボット開発には、部品から機械をつくるものづくり技術と、それを動かすための制御がうまく噛み合ってはじめて実現します。学生たちには実際にロボットをつくりながら、機械やロボットを動かすことのおもしろさや難しさを感じてほしいですね」
大同大学の機械システム工学科は、機械やロボットを「つくる」ための技術と「動かす」ための技術の両方をバランスよく学べる学科です。本格的な工作機械を実際に動かしてみる実習や、機械やロボット開発の現場でも必要不可欠なプログラミングなど、情報分野の知識を学ぶ機会も用意されています。工場の生産設備などの開発をはじめ、ものづくりの現場で活躍する技術者に求められる力を実践的に身につけることを目指します。
