最後の仕上げ:科学者がロボットに人間のような触覚を与える方法

ギレルモデルトロの2006年の映画「パンズラビリンス」には悪夢のようなシーンがあり、ペールマンと呼ばれる不吉な人型生物に直面しています。巨大な無毛の頭に目がない、目のないヴォルデモートに似ているペールマンは、手のひらに埋め込まれた眼球の助けを借りて見ています。眼鏡のように目の見えない顔の前に持っているこれらの眼で増強された付属肢を使用して、ペールマンは彼の周囲を視覚化して移動することができます。

パンズラビリンスのペールマンの静止画。

これはある程度、英国のブリストルロボティクス研究所の研究者によって行われている作業を説明しています-恐ろしいボディホラーの側面はありませんが。彼らの場合にのみ、ペールマンの代理人は単に両手の手のひらに1つの眼球を持っているわけではありません。彼は各指に1つずつ持っています。

「ここ4、5年の間に、触覚センシングとロボット工学の分野で、センサーにカメラを使用する動きが起こった」と、15-を率いるネイサンレポーラ教授は語った。ブリストルロボティクス研究所のメンバーである触覚ロボティクス研究グループは、デジタルトレンドに語った。 「これは、光学ベースおよび視覚ベースの触覚センシングと呼ばれます。注目される理由は、人工知能がこれらのシステムを制御するために、指先からの高解像度の情報コンテンツが重要であるという理解があるためです。」

Digital Trendsは、2017年にLeporaの仕事を最初に取り上げ、彼のチームのプロジェクトの初期バージョンを「人間の指先のタッチ受容体のように機能するように設計された、内部ピンを追跡する3Dプリントの柔らかい指先に取り付けられたWebカメラで構成されている」と説明しました。 。

それ以来、作業は着実に進んでいます。そのために、チームは最近、プロジェクトの最新のステップを明らかにする新しい研究を発表しました。いつの日か義手や自律型ロボットに肉体と血の人間の手に合わせてはるかに触覚を与える可能性のある3Dプリントの触覚皮膚を作成する。

3D印刷されたメッシュは、人間の皮膚の表皮の外側と真皮の内側の層の間に見られる同様の真皮構造を模倣したピン状乳頭で構成されています。これらは人工神経信号を生成する可能性があり、測定すると、実際のニューロンの記録に似ており、身体の機械受容器が触れたときにアイテムや表面の形状と圧力を識別できるようにします。

「人工指先からの信号を実際のデータと比較したところ、2つのデータセット間で非常によく似た一致が見つかり、同じ種類の丘と谷がありました」とLepora氏は説明します。

チームは、この3D印刷された皮膚受容体情報を、小さな埋め込みカメラから取得したデータと組み合わせることで、人工知能とロボット工学の長期的な夢、つまり人工的な触覚を解き放つ鍵になると期待しています。

五感すべて

すべての研究者が必ずしも同意するわけではありませんが、おそらくAIの最も広い基本的な目的は、コンピューター内で人間の知性(または少なくとも人間が実行できるすべてのタスクを実行する能力)を複製することです。つまり、視覚、聴覚、嗅覚、味覚、触覚の5つの感覚をソフトウェア形式で再現する方法を考え出すことを意味します。そうして初めて、提案された「 コーヒーテスト」(真にインテリジェントなロボットが家に足を踏み入れ、コーヒーを作るために必要な材料とコンポーネントを調達できる必要があります)などの人工知能の潜在的なテストを達成できます。 。

これまで、画像と音声の認識に関しては、多くの注目と進歩が見られました。嗅覚と味覚にはあまり注意が払われていませんが、それでもある程度注意が払われています。 AIを搭載したスマートセンサーは、「デジタルノーズ」の開発を通じて、データベース内の何百もの異なる匂いを識別できます。フレーバーに関して客観的な測定を行うことができるデジタル味覚テスターも調査の対象である。しかし、タッチは食欲をそそるほど手の届かないところにあります。

「私たちは視覚のような領域をより意識的に認識しています」とレポラは言い、なぜ研究者にとって焦点が他の場所に頻繁にあるのかを説明しました。 「そのため、私たちは毎日何をするかという点で、それをより重要視しています。しかし、触れることになると、ほとんどの場合、私たちはそれを使用していることにさえ気づいていません。そして確かに、それがそれほど重要であるというわけではありません。しかし、触覚を奪うと、手はまったく役に立たなくなります。彼らには何もできませんでした。」

これは、ロボットが実世界のオブジェクトとの相互作用を回避したということではありません。半世紀以上の間、動きの軸が制限され、グラブや回転などの単純なアクションを備えた産業用ロボットが、工場の組立ラインで採用されてきました。アマゾンフルフィルメントセンターでは、ロボットが1日の配達プロセスを可能にする上で重要な役割を果たします。 2012年にロボット工学会社Kivaを買収したおかげで、Amazonの倉庫には、製品の棚の周りをシャッフルする大型のルンバに似た箱型ロボットの軍隊があり、人間の「ピッカー」に持って行って適切なアイテムを選択します。

アマゾンのロジスティクスロボットは、アマゾンフルフィルメントセンターでパレットを移動します。

ただし、これらのプロセスはどちらも、人間が支援なしでこれらのタスクを完了するのにかかる時間を大幅に短縮しますが、これらのロボットは限られた機能しか実行しないため、人間は精密な作業の多くを実行できます。

これには正当な理由があります。器用な取り扱いはほとんどの人間が当然のことと思っていることですが、それは機械にとって非常に難しいことです。人間のタッチは非常に微妙です。皮膚は非常に複雑な機械的構造を持っており、指先だけで数千の神経終末があり、細部や圧力に対して非常に高解像度の感度を実現します。私たちの手で、振動、熱、形、摩擦、および質感を、サブミリメートルまたはミクロンレベルの欠陥に至るまで感じることができます。 (タッチ機能が制限されていると生活がどれほど難しいかについての単純で低解像度のビジョンについては、厚い手袋を着用して1日をスムーズに通過できることを確認してください。午前中よりずっと前に手袋をはがしている可能性があります!)

感覚フィードバック

「人間に柔軟性と器用さを与えるのは、私たちが得る感覚的なフィードバックです」とレポラは言いました。 「私たちが仕事をしているとき、私たちは環境から感覚的なフィードバックを受け取ります。器用さのために、私たちが手を使っているとき、その支配的な感覚フィードバックは私たちの触覚です。それは私たちの行動を導くための高解像度、高情報のコンテンツ、感覚、そして私たちの環境に関する情報を私たちに与えてくれます。」

この問題を解決するには、ハードウェアとソフトウェアの両方で進歩が見られます。より柔軟で器用なロボットグリッパーで、触れているものを認識してそれに応じて動作する優れた機能を備えています。より小さく、より安価なコンポーネントが役立ちます。たとえば、カメラを使用して世界を認識するロボットグリッパーへのアプローチは、少なくとも1970年代までさかのぼり、エジンバラ大学の先駆的なフレディロボットのようなプロジェクトがあります。しかし、カメラが人間の指先ほどの大きさのハードウェアに収まるほど小さくなったのはごく最近のことです。 「5年前、購入できる最小のカメラは、おそらく直径数センチでした」とレポラ氏は言います。 「これで、[わずか数]ミリメートルのカメラを購入できます。」

柔らかい指先を感知するなどの革新をロボットに組み込んで、触覚的な感知能力をロボットに与えるには、まだやるべきことがたくさんあります。しかし、これが発生すると、それはゲームチェンジャーになります。職場でより多くのエンドツーエンドのタスクを実行できるロボットを構築する場合(完全に自動化されたAmazonウェアハウスを考えてください)、または「高介護の役割を実行するような「タッチ」ジョブ。

私たちが知っているように、ロボットが生活とより緊密に統合されるにつれて、ロボットの周りの人々と安全に対話する能力がより重要になります。 1979年以来、ロバートウィリアムスという名前のミシガン州の工場労働者がロボットによって殺された歴史上最初の人物になったとき、安全上の予防措置としてロボットはしばしば人間から分離されてきました。彼らに安全に触れる能力を与えることによって、私たちはこの障壁を打ち破り始めることができました。

タッチの力

女性の手はロボットの手で握られています。

そうすることによって、ロボットが人間による受容を高める可能性があることを示唆する証拠があります。人間であろうとなかろうと、生き物は社会的コミュニケーションの手段として互いに接触します–そして、いや、性的な方法だけではありません。母親の姿との触覚的な接触を奪われた幼いサルは、ストレスを感じ、栄養不良になる可能性があります。人間の場合、背中を軽くたたくと気分が良くなります。ティックリングは私たちを笑わせます。図書館員からの簡単な直接の接触は、図書館のより好意的なレビューをもたらす可能性があり、同様の「単純な」接触は、レストランでより多くのチップを払ったり、レストランでより多くのお金を費やしたり、「触手」を次のように評価したりする可能性がありますより魅力的な。

この主題に関する1つの研究、「 社会的器官としての皮膚」というタイトルの2009年の論文は、次のように述べています。しかし、皮膚は私たちが互いに考え、感じ、相互作用する方法に不可欠なイベントやプロセスの場所であるため、タッチはさまざまな方法で社会的認識を仲介することができます。」ロボットからのタッチは、私たちから前向きな気持ちを引き出し、機械やその他の安心感をより好むようになりますか?それは完全に可能です。

ロボット看護師と対話する56人の研究によると、参加者は、皮膚をきれいにするためであろうと快適さを提供するためであろうと、ロボットが開始するタッチに対して一般的に好ましい主観的反応を報告しました。 「 ロボットタッチの説得力」というタイトルの別のより最近の研究でも、このトピックが調査されました。

「[以前の研究によると]人々はコンピューターを丁寧に扱っており、一見するとコンピューターに対して不合理に見える行動です」と、ドイツのルール大学の人間中心の社会デジタルシステムの心理学部の助教授であるローラ・クノルドは述べています。ボーフムは、デジタルトレンドに語った。 「ロボットには肉体があるので、対人接触研究で知られているポジティブな感情状態やコンプライアンスなどのポジティブな効果も、ロボットからのタッチで誘発できるのではないかと思いました。」彼女は次のように述べています。「人間(私たちの仕事の学生)は、通常、ロボットからの機能しないタッチジェスチャを受け入れます。彼らは全体的に面白がっており、ジェスチャーは快適で無害であると説明しました。」

ロボットの相互作用がより一般的になるにつれて、タッチは彼らの社会的受容の重要な側面になるでしょう。ジョージ・エリオットがミドルマーチで書いているように(特にロボットについては言わないでください)、「誰が魂と体の質を伝えるそれらのタッチの微妙さを測定するのですか?」

ロボットは常に能力を高めています。数年前、マサチューセッツ工科大学は、生きた魚が水槽で泳ぐときに捕獲して放すのに十分なほど繊細なソフトロボットを構築しました。果物や野菜の摘み取りロボットは、トマトのような繊細な農産物を、パッサータに押しつぶさずに識別して摘み取ることができます。うまくいけば、彼らはすぐに人間の手で同じことをするのに十分な信頼性があるでしょう。

ブリストルロボティクス研究所の研究者によって行われているような作業のおかげで、彼らは常に近づいています。