重機が先導：自律走行はすでに現実に

自律技術は鉱山と農業で確立済み

自動車業界の現在の最大の焦点は自律走行車です。既存の自動車メーカーだけでなく、AppleやAlphabet傘下のGoogleなどのテクノロジー企業も、人間のドライバーを支援するか、自ら運転する車や軽トラックの開発に取り組んでいます。

重機メーカーは、すでにそれを成し遂げています。Caterpillar Inc.（イリノイ州ピオリア）は、Carnegie MellonのNational Robotics Engineering Center（ペンシルベニア州ピッツバーグ）の支援を受け、鉱山など向けの自律走行トラックを販売しています。Deere & Co.のJohn Deere（イリノイ州モリーン）は、トラクターやその他の農業車両という形で、自律走行車両の早期開発者でした。長年にわたり、NASAの支援も受けてきました。

こうした製品の触媒となったのは、コスト削減と生産性向上の必要性です。例えば自律走行鉱山トラックは、ドライバーが不要なためより長く稼働できます。自律走行トラクターは、種まきと施肥をより精密に行え、オーバーラップを減らすまたは排除することでコストを削減します。

こうした車両は、鉱山や農場の指定されたオフハイウェイ・ルートを走行します。これは、公道を自律走行する乗用車よりもシンプルです。

「用途（農業・鉱山車両）は、依然として非常に複雑ですが、確実により制約されています」と、Carnegie MellonのRobotics Instituteの一部であるNational Robotics Engineering Centerのディレクター、Herman Herman氏は語ります。同センターはCaterpillarとDeereの両社と協力してきました。

最近の技術進歩が、オフハイウェイ自律走行車両の継続的な開発を加速させているとHerman氏。

「ハードウェア面では、より高性能で低コストな新しいセンサーが多数登場し、全く新しいアプリケーション・セットを可能にしています」と、メール・インタビューで語りました。「ソフトウェア面では、AI（人工知能）アルゴリズムの多くの進歩が、はるかに優れた能力を可能にしています。」

さらにHerman氏は、「より多くのロボットを設計・構築するにつれ、自律システム（自律走行トラックなど）を構築するために必要なことについて、システム・エンジニアリングの観点からははるかに深い理解が得られるようになりました。」と述べています。

鉱山作業の自動化

自律走行重機の歴史は四半世紀以上に遡ります。CaterpillarとCarnegie Mellonは1980年代から、露天掘り鉱山機器の自動化方法で協力し始めました。

1990年代後半、両パートナーは自動トラック積み込み用のロボット掘削機で共同作業しました。このシステムは、スキャン・レンジ・ファインダーを使用して積み込み対象のトラックを認識し、作業エリアの障害物を検知しました。

「専門の人間オペレーターと同等の速度で、軟らかい素材をトラックに積み込むことができる掘削機の自律積み込みシステムを実証しました」と、ロボティクス研究所は1998年に発表した技術論文で述べています。「システムは、センサーで検知した土の沈み込みに基づいて、掘削と積み込みの両計画を修正します。」Herman氏はこのプロジェクトに携わったチームの一員でした。

2000年代には、Carnegie MellonとCaterpillarがDARPA（国防高等研究計画局）の自律走行車両コンペティションで協力。その後、Autonomous Haulage Solutions（AHS）、つまりCat 793Fのような自律走行鉱山トラックで協業しました。

Caterpillarが提供した背景資料によると、同社は2011年に3台の自律走行鉱山トラックでテストと検証を開始。2年後に6台を商用導入。今年末までに、3大陸で100台が稼働する見込みです。

トラックには人間のオペレーターがいません。設計されたルートを走行しますが、割り当てられた目的地に到達するために代替ルートを選択できます。遠隔地の鉱山サイトに配備され、人間の監督者が運営する中央管制システムによって監視されます。センサーと関連技術により、トラックは他の車両や鉱山作業員を回避。物体や車両が進路にあれば停止します。また、診断データを提供し、修理が必要な場合は管制センターに警告を発します。

CaterpillarはCarnegie Mellonロボティクス・センターと「活発に協力し続けている」と、同社ピッツバーグ自動化センターのエンジニアリング・スーパーバイザー、Joe Forcash氏はメールで述べています。

「このソリューションには、多くの複雑さと技術が関わっています」とHerman氏。

農場での自動化

農場でも、トラクターやコンバインなどの自律走行車両が活躍しています。John Deereの車両は完全自律ではありません。オペレーターが搭乗します。最初の曲がりくねった列を運転し、実質的にトラクターのガイダンス・システムに教え込みます。その後、システムがほとんどの運転を行い、オペレーターはハンドルから手を離せます。

Deereは、自律走行技術を顧客のコスト削減と機器の長時間稼働の手段と捉えました。

「インターステート・ハイウェイを走り、タイヤを白線上に保ち続けなければならないと想像してください」と、John Deere Integrated Solutionsの先進エンジニアリング・マネージャー、Terry Pickett氏。「白線から外れるたびに3ドルのコストがかかるとしたら、あなたは目を皿のようにして運転することになるでしょう。」

「本格的に取り組み始めたのは1996年です」とPickett氏。「Stanford大学とGPSベースのガイダンスで協力しました。」1990年代後半、同社はStanfordと高度なGPSベース・ガイダンス・システム、および堅牢性とコスト効率を考慮して設計されたDeere独自システムで緊密に協力したとPickett氏。「その時点で、現場作業を行うためにどの程度の精度が必要かを判断しようとしていました。」

2000年代初頭、Deereは初のAutoTracシステムを発表。当時の目標は40cm精度でしたが、「25cmで達成しました」とPickett氏。

この時期、DeereはNASAのジェット推進研究所とGPS受信機に関する契約を締結。

2004年、DeereはStarFire GPS受信機を改良し、NASAの地上局ネットワークにアクセスしてGPS信号補正用のNASAソフトウェアを使用できるようにしました。同社のNASAとのライセンスは、独自システムを開発した2015年に終了しました。

NASAとの契約は「市場投入を3〜4年早めました」とPickett氏。「より集中した深い思考プロセスを可能にしながら、独自システムを開発できました。」

「25cm精度システムから7〜8cmシステムへ、そして今では3cm精度まで到達しました。」

オペレーター支援に加え、Deereシステムは耕うん、播種、施肥用の作業機をガイドします。Deereシステムは、トラクターと作業機が同じ精密な経路をたどるのを支援。例えば、トラクターがグレイン・カートを牽引してコンバインから穀物を積み込む適切な位置に入るようガイドします。

Deereは完全自律農業車両のプロトタイプを構築していますが、そう遠くない将来に導入されることはないとPickett氏。「技術そのものが問題なのではありません。仕事全体をどうこなすかが問題なのです。」

自律走行プロトタイプ

他社も完全自律トラクターを模索しています。CNH Industrial（ロンドン）は、CaseとNew Hollandブランドで農業機械を販売し、Autonomous Solutions Inc.（ユタ州ローガン）と共に、昨年アイオワ州ボーンで開催された2016 Farm Progress Showで2台のプロトタイプを披露しました。

「現在の農業機械は無人運転できません」と、CNHの技術パートナーであるAutonomous Solutionsのマーケティング・ディレクター、Matt Nielsen氏。「旋回を助ける技術はありますが、真に無人運転できるものはありません。」

同時に、「それが向かう方向です」と氏。「この技術について興奮しやすいのは事実です。素晴らしい飛躍です。しかし、まだやるべきことはたくさんあります。」

プロトタイプにはカメラ、レーダー、LIDAR（レーザーで物体を検知）が搭載されています。「それが車両の『目』を与えます」とNielsen氏。オペレーターはノートPCやタブレットでルートをプログラミングし、車両を監視できます。「スマートフォン機能はまだありません。将来的に搭載予定です。」

自律走行トラクター・プロトタイプの技術は、自律走行車の開発作業によりセンサー・コストが低下した恩恵を受けているとNielsen氏。

「GM、Ford、Googleたちには非常に感謝しています」と氏。「技術に注ぎ込まれる莫大な資金が、確実に我々を助けてくれました。」

完全自律トラクターが商業的に導入される時期は不明です。自律走行車と同様、法的責任問題の解決が必要でしょう。コストの問題もあります。

「技術の初期段階は非常に高価です」と氏。「初期導入者は大規模農場になるでしょう。」

セミトレーラーの自動駐車

自律走行重機のもう一つの領域は、ハイウェイを降りたすぐ先、積み降ろしドックやその他の施設です。

Eaton Corp.（アイルランド・ダブリン）は、大型商用トラック向けの自動駐車装置を開発中です。同社はこれをAdvanced Driver Assist System（ADAS）と呼んでいます。

ADASには2形態あります。Dock Assistでは、ドライバーがトラックを積み降ろしドックにできるだけ近づけてバックし、サービス・ブレーキでドライブ状態のまま停止。装置のスイッチを入れると、トラックがゆっくり後退し始めます。Dock Assistがトランスミッション制御を引き継ぎます。

トランスミッションは、ドックに押し付けられるトルクを検知してドックを認識。トラックが停止し、駐車完了です。Dock Assistは「レベル2」システムとされ、ドライバーが着座していなければ操作できません。

Autonomous Self Dockingはより高度です。GPSを搭載し、トラックが駐車予定のドックを特定。システムがトランスミッションに指令を送り、速度調整とクラッチ操作を行います。ドライバーがハンドルに触れずにステアリングを制御します。

「確定した発売時期はありません」と、Eaton商用パワートレイン・グループのグローバル・プロダクト・ストラテジー・マネージャー、Chris Nielsen氏。「数年以内に、トラックのドッキングを支援する何らかの技術が見られることは確実です。」

開発の動機はコストです。ドッキング時の事故でトラックが損傷することが多々あります。「クラッチ、インフラ、トレーラーを損傷する可能性があります」と氏。「業界全体で最大の課題の一つはドライバー不足です。」

「3〜4年かけて現在のレベルまで開発してきました」とNielsen氏。「業界が追いつくのを少し待っていました。関心の高まりで、開発を加速させています。」

産業現場で自律化しているのは重機だけではありません。Seegrid（ペンシルベニア州コラオポリス）は、パレット積み降ろし用のGP8 Series 6自律走行パレット・トラックを発表。フォークリフト・サイズで、5組のビデオ・カメラを使用します。

Carnegie MellonのHerman Herman氏は、オフハイウェイ環境での自律走行システム採用が加速すると予測します。

「消費者/公共用途で普及する前に、多くの産業用途で自律走行技術の採用が加速すると予想されます」と氏。「他業界向けの類似ソリューション開発を望んでいます。」