ロボティクスの未来：現代ロボットの創られ方と、人間サイボーグが当たり前になる理由

神経科学とロボティクスの融合——脳研究がロボット開発を刺激、サイボーグ実現へ

今日、神経科学とロボティクスは手を携えて発展しています。HSE大学バイオ電気インターフェースセンターの学術スーパーバイザー、ミハイル・レベデフ氏が、脳研究がいかにロボット開発を刺激するかについて語りました。

「ロボティクスと神経科学の融合における神経工学的課題」と題された論文が『Science Robotics』誌で発表され、ロボットは神経科学にとって興味深く、神経科学はロボットにとって興味深い——このような協働発展が両分野の進歩に寄与し、より高度なアンドロイドロボット開発と人間脳構造の深い理解、さらには生物有機体と機械の融合によるサイボーグ（サイバネティック有機体）創造へと我々を近づけています。

神経科学がロボットにもたらすもの

人間の動作・振る舞いを模倣するロボットでは、神経科学が重要です（産業用機械ではそれほど重要ではありません）。ロボット設計で最も明確なのは「人間らしく見せること」。工学的に必須でなくても、二本腕、二本脚、頭部を持たせます。特に人間と相互作用するロボットでは、我々に似た機械の方が信頼しやすいため重要です。

外観だけでなく「脳」も人間に似せることが可能。知覚、情報処理、制御メカニズム開発で、エンジニアは人間神経系構造から着想を得ています。例えばロボットの目（異なる軸で可動するTVカメラ）は人間視覚システムを模倣。人間視覚の構造と視覚信号処理の知識に基づき、同原理でロボットセンサーを設計。これによりロボットに人間同様の立体視能力を与えられます。

人間には前庭眼反射があり、移動時に前庭情報で目を安定化し視界を安定させます。ロボットボディに加速度・姿勢センサーを搭載すれば、身体動作を考慮して外界視覚認識を安定化し、機敏性を向上できます。触覚も人間同様に再現可能——ロボットに皮膚を持たせ、接触を感知させ、障害物接触時に人間同様に感知・反応させ、人工触覚情報で物体把持にも活用できます。

痛覚シミュレーションも可能：物理接触の一部を正常、一部を痛みとして感じさせ、ロボット行動を劇的に変化。痛みを回避し新行動パターンを開発＝学習します（熱いものに初めて触れた子供のように）。

感覚系だけでなく、ロボットの身体制御も人間に倣って設計可能。人間の歩行は中枢リズム生成器（自律運動活動制御の特殊神経細胞）で制御されますが、同じアイデアで歩行制御するロボットも存在します。また、ロボットは人間から学習可能。無限の動作パターンの中から、人間を観察し動きを模倣し、間違いがあれば人間の動作と比較修正します。

ロボティクスが神経科学にもたらすもの

生物システムモデルを構築すると、その動作原理をより深く理解できます。したがって、人間神経系運動制御の力学的・計算機モデル開発が、神経機能と生体力学理解を前進させます。

現代神経科学でロボット活用の最も有望領域は、神経インターフェース設計——脳信号で外部デバイス制御するシステム。神経インターフェースは神経義肢（失った手足の人工義肢）や外骨格（人間外骨格で筋力増強・運動機能回復）開発に必須です。

ロボットは神経系と双方向インターフェースで相互作用可能：神経系がロボットに指令信号送信、ロボットがセンサー情報を人間に返し、神経・神経末端・感覚皮質刺激で真の感覚を誘発。このフィードバック機構で失った手足の感覚復元可能。また、腕脚からの感覚情報に基づき動作修正するため、ロボット義肢のより精密な動作にも必要です。

興味深い疑問：ロボットの全自由度を神経インターフェースで制御すべきか？ 具体的指令をどう送るか？ 「水瓶を取れ」と命令すれば、ロボットが腕下げ・回転・指開閉等詳細動作を自律選択する「統合制御」か、詳細動作指令を送る「分離制御」か。

現在の研究：サル実験で歩行神経インターフェース開発

デューク大学でサルを用いた神経インターフェース実験を実施。インターフェースは脳領域への直接接続が必要で、人間では倫理的制約があるため。サルが歩道を歩き、脚運動司る運動野活動を読み取りロボット歩行を誘発。同時にサルが画面上の歩行ロボットを観察し、フィードバックで自らの動きを修正。最も効果的な歩行実装神経インターフェース開発につながります。

サイボーグの未来：車椅子から軽量外骨格へ、ヒューマノイドロボットの台頭

完全麻痺者の運動機能回復外骨格はもはや到達不能な幻想ではなく、時間の問題。コンピューター性能不足が足かせだが、過去10年の発展は著しい。間もなく車椅子やベビーカーではなく、軽快で快適な外骨格で移動する人々が見られるでしょう。人間サイボーグは当たり前になります。

こうしたシステムの商業開発は世界中で進行中、ロシアも含む。有名なExoAtletプロジェクトが運動障害者リハビリ用外骨格開発。HSEバイオ電気インターフェースセンターも参加：センター長アレクセイ・オサドチ教授と博士課程学生が外骨格歩行誘発神経インターフェース開発。

ヒューマノイドロボット急速発展も現実味。我々に多くの点で模倣するロボット——我々のように動き、考える——が間もなく出現し、従来人間のみ可能だった仕事を一部担うでしょう。ロボティクスと神経科学の発展と融合は必然。新たな機会を開く一方、アンドロイドロボットや人間サイボーグをどう扱うか等新たな倫理的問題も創出します。

現時点では人間がロボットより優れている点も多い。筋肉は最もエコノミカル：サンドイッチ一つで一日分のエネルギー。ロボットなら30分でバッテリー切れ。パワーでは勝っても重すぎること多い。優雅さとエネルギー容量最適化では、まだ人間が優位。だがこの状況が変わるのは遠くない——数万の才能ある科学者・エンジニアがこの目標に取り組んでいます。