ヒューマノイドを開発せよ！電気エンジニアの意外力

今でも多くの熱狂的なファンを集めるTVアニメ「機動戦士ガンダム」。実物を作りたいと願った少年はこれまでに何万人、何十万人といただろうが、それを実現しつつあるエンジニアは坂本元氏しかいないのではないか。
そのために大学は上智大学工学部の電気・電子工学科に進み、卒業後は「大きなものを作りたい」と川崎重工業に入社。11年間腕を磨いて、2002年に有限会社はじめ研究所を起業した。念願のガンダムを作るためだ。

そして昨年8月、大阪の「西淀川ものづくりまつり2012」でその下半身を公開。「はじめロボット43号」である。サイズは全長が約3.5m、重量は約250kg。坂本氏と、西淀川区の町工場が集まった「西淀川経営改善研究会（NKK）」が共同で開発した。
「NKKさんには主にメカをお願いしていて、電気系統と制御ソフトは私の担当です。起業後はROBO-ONEやロボカップに出場して、ヒューマノイドロボットを開発してきました」

坂本氏は2005年、「2年ごとに身長を2倍にする」という計画を立てる。2007年に全長1mの「はじめロボット25号」、2009年に2m10cmの「33号」を開発し、2010年から4mサイズをスタートした。上半身を加えた約4m×300kgの「43号」の完成を今年末までに目指しており、次の目標が8m。その次がガンダムの「実寸」ある18mで、夢が実現する。
「2年で身長を倍すると決めた理由は、少しずつ伸ばすと実現が遅くなることと、技術革新のためです。サイズを1〜2割増やすのは既存の技術で対応できても、2倍では何らかの新技術を導入しないと開発できません」

こうしたモータードライバの制御は、ヒューマノイドロボットにおける電気系エンジニアの活躍の中心だ。また、坂本氏のような重工業出身の強電系だけでなく、弱電系の人材も技術が活かせるという。
「5Vや3.3Vのマイコンのデジタル回路設計もありますし、43号ではバッテリーは搭載せず、電力は工場用の200Vをケーブルで使いますから、それをAC100Vに変換する回路もあります。センサーではアナログ回路も必要です」

43号ではカメラを頭部、肩、胸などの数カ所につけて、その視覚情報をコックピットのPCモニターに送る。それを見ながらジョイスティックを操作するのだが、その角度データなどをPC、マイコン、モータードライバ、モーターへと伝える電気系統でも腕が活かせそうだ。
また、現在開発中の上半身は、マスタースレーブ方式で動かす。コックピット内に20cmほどに縮小した人形を置き、その腕を動かして操作すると、腕の角度をマイコンが読み取り、ロボットの腕を同じ角度にモーターで動かす仕組みだ。この過程でも下半身同様に電気や回路の出番となる。

「上半身は動きの自由度が多彩ですし、コックピットから見えない部分も多いので、腕と腕、腕と胴体が当たる危険もあります。計算での制御も考えましたが、逆に計算を不要にするマスタースレーブ方式にしました」
そんな「ガンダム一筋」の坂本氏に、ヒューマノイドロボットを開発する電気系エンジニアへの要望を聞いた。
「はじめロボットが顕著ですが、詳細なスペックが決まっているケースは少ないと思います。ですので、何にせよ自主的に動ける人。これに尽きます」
このプロジェクトでは1口3000円の「サポーター」を募集している。興味のある方はぜひ応援を！

ヒューマノイドロボットには、二足歩行ロボットのようなフィジカルな動きを目指すタイプがある一方、人間の豊かな表情や繊細なしぐさを追求する「そっくり型」もある。後者の代表が株式会社ココロの「アクトロイド」だ。同社はアンドロイド研究の第一人者である、大阪大学の石黒浩教授との共同開発企業としても知られる。
アクトロイドの最新型を開発している、RT事業部開発センター開発課長の金子雅宏氏は、次のように語る。

「すでに発表している『アクトロイド-DER3』以降も数体のアクトロイドを開発しており、未公表の2012年製作モデルでは、より的確な表情変化で喜怒哀楽を表現しています。口形状の再現、特に母音発声時の精度を上げて、唇を突き出す『お』の発音形状を表現できました」
こうした精巧な動作を実現しているのが、独自技術の「エアサーボ」だ。コンプレッサーで圧縮空気を作り、電磁バルブとチューブを使ってエアシリンダ（注射器状のアクチュエータ）に空気を分配し、各部の動作、速度、位置決めなどを制御する。ロボットの駆動と聞くとモーターを思い浮かべがちだが、全く異なるアプローチだ。

「空気は体積変化がとても簡単に起きるので、一般常識から考えると機械を制御するには向きません。しかし、モーターや液圧といった駆動元と異なり、動作をしなやかに柔らかくできます。弊社では空気に関するアルゴリズムを長年培い、確立してきました」
アクトロイドはプログラムにより、音声や音楽に合わせた表情の変化、身振りや手振りを行う。自律型や移動型ではないため、一般的なヒューマノイドロボットの回路とは設計思想が異なり、独自のアルゴリズムを運用する専用基板、専用ソフト、機構を同時に開発したという。

センサーには視覚や聴覚のほかにも、回転や直動の動きを測る位置センサー、トルクや受ける力を測る力センサーなどがあり、これらの情報のフィードバックを回路と連動させることは不可欠。もちろん、デジタル回路やバッテリーの電源回路も電気系エンジニアの担当だ。思いのほか、活躍できる舞台が多いとわかるだろう。
ヒューマノイドロボットの特殊性を清水氏はこう語る。
「普通の機械製品は用途やニーズが先にあり、それに合わせて形を決めます。しかし、ヒューマノイドでは人型という形が決まっていて、そこから目的や仕様を考えます。一般的なモノづくりとは思考が逆なのです」

そのため、開発には制約が多くなる一方で、本格的な利用はこれからだ。それでも、ヒューマノイドロボットの開発が世界的に過熱しているのは、ここで得た高度な技術力をほかの分野に転用できるからと、まだ見ぬ用途への期待が大きいからだろう。
「最近では欧米を中心に海外でのヒューマノイド開発が盛んです。宗教的な理由から開発に躊躇する時期もあったようですが、ロボカップでも順位を上げ、国を上げて参入するケースも出てきました。日本も負けていられません」