手頃で耐久性に優れ、超高感度なロボットスキンで人間のようなセンシングを強化

Andrew Corselli

（画像：ケンブリッジ大学）

科学者たちが、ロボットハンドに手袋のように装着できる低コスト、耐久性、高感度のロボット「スキン」を開発し、ロボットが人間と同様の方法で周囲の情報を検出できるようにしました。

ケンブリッジ大学とユニバーシティ・カレッジ・ロンドン（UCL）の研究者たちが開発したこの柔軟で導電性のスキンは、製造が容易で、溶かして幅広い複雑な形状に成形可能。この技術はさまざまな物理的入力を感知・処理し、ロボットが物理世界とより意味のあるやり取りをできるようにします。

通常、小さな領域に埋め込まれたセンサで動作し、異なるタイプのタッチを検出するために異なるセンサを必要とする他のロボットタッチソリューションとは異なり、ケンブリッジとUCLの研究者たちによって開発された電子スキンの全体がセンサであり、私たち自身のセンサシステムである皮膚により近いものです。

ロボットスキンは人間の皮膚ほど感度は高くありませんが、材料内の860,000以上の微小経路からの信号を検出でき、指のタップ、熱いまたは冷たい表面、切断や刺傷による損傷、複数箇所への同時タッチなど、さまざまなタイプのタッチと圧力を単一材料で認識できます。

研究者たちは、物理テストと機械学習技術の組み合わせを用いて、ロボットスキンがどの経路が最も重要かを「学習」できるようにし、さまざまなタイプの接触をより効率的に感知できるようにしました。

ここでは、共著者のThomas George Thuruthel博士（UCL）への独占的なTech Briefsインタビューを、長さと明確さのために編集して掲載します。

Tech Briefs：スキンを溶かして成形する際、最大の技術的課題は何でしたか？

Thuruthel：いくつかの小さな課題がありました。一つは、この材料がそれほど流れやすくないことです。非常に複雑な形状は作れません。隙間ができたりします。しかし、正直なところ最大の課題は、この材料を電子基板と配線することでした。材料自体は柔らかくコンプライアントですが、ワイヤーはある時点で剛直でなければなりません。この柔らかい材料と剛直なワイヤーのインターフェースは常に大きな課題です。

Tech Briefs：溶かして形状を作るプロセスはどのようなものですか？

Thuruthel：水浴を使います。この材料は50〜60℃で溶け、30〜40℃で固まります。液状に加熱し、材料を注ぎ込むための小さな開口部がある金型を用意します。空気抜け用の小さな開口部もあります。材料を注ぎ込み、すべての穴を塞ぎ、数時間外に置いて固めます。その後金型を開けます。もちろん、金型は簡単に外せるので、後で成形品を取り出せます。

Tech Briefs：記事に「ロボットスキンは人間の皮膚ほど感度は高くないが、材料内の860,000以上の微小経路からの信号を検出できる」とあります。現在の市販e-skinはどのくらいの信号を検出でき、それらの数値は人間の触覚とどう比較されますか？

Thuruthel：860,000チャネルと言いましたが、それが必ずしも得られる独立した情報単位の数を意味するわけではありません。大量の情報がありますが、冗長な情報も多いです。独立した情報量がどの程度かは定量化していません。しかし、我々のセットアップでは、だいたい2,000〜3,000ユニット程度が見込まれる数だと思います。人間の手だと約15,000ユニット程度になります。市販のものはほとんどが非常に離散的で、数十〜数百オーダーが一般的。数百でもかなり稀だと思います。

ただし、ビジョンベース触覚センサという技術があり、手の内部に埋め込まれたカメラを使用します。これらは理論上より高い分解能を持ちますが、やはり定量化は困難です。いくつのユニットがあるかという数値は得られません。

Tech Briefs：今後の研究計画はありますか？なければ次のステップは？

Thuruthel：最近英国の助成金を受け、この技術をより商業的な応用に向けて開発しようとしています。数千回、あるいは1万回の繰り返し接触でスキンがどうなるかはまだテストしていません。特に柔らかい材料とネットワークのインターフェースでは問題が生じる可能性があると予想しています。

そのため、より良いインターフェース方法と、異なる材料を検討しています。現在はヒドロゲルを使用していますが、これは適度な材料ですが、それほど頑丈でも耐久性も高くありません。ゴムなどのより合成的な材料、天然材料を代替として検討しています。

そして、より高度なタスクを目指しています。現在は知覚情報の推定（接触位置など）にとどまっています。ループを閉じたい——この情報をロボットハンドやシステムでどう活用し、かなり有用な実世界タスクを実行できるようにするか。

これらが次のステップです。

トランスクリプト

00:00:02 ロボットは今、私たちと同じように触れたものを感じられる。ほぼ。ケンブリッジ大学の研究者たちが、超高感度センサを詰め込んだ人工皮膚を作成。これらのセンサは圧力を検出するだけでなく、テクスチャ、温度、痛みのような信号さえ読み取ります。手の形に鋳造されたこの皮膚は、電極が手首周りに埋め込まれた電解ヒドロゲルで作られています。皮膚全体に生成される電場がさまざまなタイプの刺激を検出。センサは数千ビットの情報を監視し、刺激の場所だけでなく種類も検出。情報は電極に転送されます。人工皮膚はタッチ、湿気、温度、痛みなど複数の感覚を同時に検出でき、機械的ロボットハンドに手袋のようにフィット。この低コストスキンは義肢、ロボット手術、自動車産業、リハビリ、さらには宇宙探査に革命をもたらす可能性があります。どう感じる？未来が少し人間らしくなりました。