効果よりも研究が重要です。バイオニックロボットはどうすれば実用化できるのでしょうか?

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映画『ウォーリー』では、愛らしいウォーリー（WALL-E、廃棄物処理ロボット地球級、中国語名ウォーリー）が地球初のゴミ処理ロボットとして、地球は長い間人類の生存に適していませんでした。ウォーリーは地球上のゴミを立方体に加工して積み上げ、テレビに残る印象を通して愛を感じます。

映画は現実に輝きます。Festo は最近、海生扁形動物を模倣したロボット魚、BionicFinWave をリリースしました。その驚くべき美しさを見てみましょう。

このバイオニックロボットは、水中で非常に自然で滑らかな動きで泳ぐので、単純に素晴らしいとしか言​​いようがありません。海外メディアの報道によると、BionicFinWaveはイカのひれの代わりに柔らかいシリコンを2枚使用し、両側に9つの支点を設けて波のような羽ばたきを補助するという。

同様に、このバイオニック ロボットも、Festo の一貫した目的、つまり驚くほど美しいけれども基本的に役に立たない目的を実装しています。製品紹介では、深海探査やデータ収集などバイオニックフィッシュの用途を一生懸命説明しているが、成熟した実用的応用はない。

バイオニックロボットは、中国の三国時代の木製の牛や流馬、そして1893年にリュッグが設計した機械馬にまで遡ることができます。その開発には長い年月がかかっています。

バイオニックロボットに対する理解が深まるにつれ、バイオニックロボットの研究も「第4段階」に移行し、構造と生物学的特徴を統合した生命のようなシステムを構築する段階に入り、バイオニックロボットは生物の形態的特徴や動作方法を備えているだけでなく、生物の自己知覚、自己制御などのパフォーマンス特性も備えており、生物のプロトタイプに近づいていることが強調されています。

現在普及しているバイオニック脳やバイオニック神経もこの方向に属します。

「外見は似ているが、精神は違う」バイオニックロボットの何が問題なのか？

バイオニックロボットが現在まで発展するにつれ、「研究が実効性を上回る」という現象がよく見られるようになった。ボストン・ダイナミクス社の初期の非常に有名な「ビッグ・ドッグ・ロボット」のように、多くのバイオニック・ロボットは概念的に強力です。

本物の猟犬のように前進し、障害物を乗り越えることができるこの四足歩行ロボットは、もともと軍に支給された戦場支援ロボットだった。この大型犬は動画では非常に機敏に見えたが、実際に配備されると、大きな騒音で戦場支援機能が破壊された。

すでに市場に出回っているバイオニックロボットの性能から判断すると、その応用はあまり理想的ではありません。その理由について、インテリジェント相対理論のアナリストであるケ・ミン氏は、外見は似ているが精神は似ていないバイオニックロボットには、解決すべき問題がまだいくつかあると考えている。

過度に単純化された生物学的メカニズムモデル

バイオニックロボットとしての目的は、特定のシナリオでの作業を容易にするために、生物の機能の一部を拡張または置き換えることです。現在の開発状況から判断すると、バイオニックロボットモデルの過度な単純化や詳細な研究結果の欠如などの問題により、バイオニックロボットのプロトタイプは生物の実際の機能からかけ離れています。

結局のところ、生物はかなり複雑なシステムであり、すべての動きと機能は骨、筋肉、神経系などの調整の結果であり、単純なプログラムで置き換えることはできません。

一方、生物学的メカニズムの研究には膨大な数の実験が必要ですが、既存の実験条件や研究方法は単一すぎて、対応する生物学的運動法則の観察要件を十分に満たすことができません。

さらに、実施結果が満足のいくものではない理由は、学際的な連携があまりにも少ないためです。

結局のところ、バイオニックロボットは、生物学的メカニズムを再現するモデルであるため、脳科学や生物科学など複数の分野の研究成果が必要であり、生物学的メカニズムの正確なモデル化と解析を実現するにはまだまだ長い道のりがあることも意味しています。

大量生産が難しい高価格

今年5月、ボストン・ダイナミクスは二足歩行ロボット「アトラス」の最新成果を披露した。ビデオでは、アトラスは屋外環境で自由に走行できるだけでなく、自律的に障害物を乗り越えることもできる。アトラスは大きな前進ではあるが、ウエストワールドの非常に知能の高いホストたちと比べると、アトラスは生まれたばかりの赤ん坊のようなものだということは否定できない。

そしてこの「赤ちゃん」は安くはありません。まだ本格的に実用化されていないバイオニックロボットであるため、研究開発と生産にかかるコストは数百万ドルに上り、大量生産されて産業化されるまでにはまだまだ長い道のりが残っています。

実用化されている製品の中で、産業博覧会に展示されたバイオニックロボットは20万元以上、ロボットのシェルだけでも2万元かかり、総販売価格は30万元にも達し、一般企業が購入するのは困難である。

さらに、我が国の現在のバイオニックロボット生産の一部はコア部品の生産能力が不足しており、これも生産コストの高騰につながっています。

実際、国内の理論研究、市場応用、製造レベルと海外の差は大きくないが、モーター、減速機、センサーなどの重要な基本部品は輸入に依存しており、ロボットの生産コストが大幅に増加している。

乗り越えられないアプリの苦しみ

バイオニックロボットとして、隠蔽性、判別困難性、検知不能性が主な利点です。現在開発されているロボット魚や水中グライダーは、敵の海軍基地に密かに侵入し、敵艦に接近して偵察や破壊を行うことさえ可能です。

しかし、ロボット鳥は陸上や空中の生物の運動パターンを意図的に模倣しているため、機械エネルギーの使用効率が低すぎます。また、ロボット鳥は積載量が小さすぎるという問題もあり、使用範囲が著しく制限されます。

例えば、ネットで人気のロボット「チーター」。このロボットは4本足で走り、時速47キロメートルの速度に達することができます。機械を使ってあらゆる哺乳類の運動限界を超える。しかし、問題は、この速度では電力消費が多すぎることです。多数のケーブルを接続できない場合、使用時間はわずか数十分です。

コストが高すぎる、メンテナンスが難しすぎる、エネルギー消費が大きすぎる、騒音が大きすぎる。これらすべてがバイオニックロボットの実装の障害となっているようです。まさにこれらの要因により、多くのバイオニックフットロボットは実用化にまだほど遠い状態にあります。現時点では、それらの魔法のようなパフォーマンスを YouTube で観ることしかできません。

バイオニックロボットはどうやって突破できるのか？

存在は合理的であり、バイオニックロボットの出現は現在のロボットの開発動向と一致しています。応用プロセスには多くの欠陥があるものの、大きな発展の見込みがあり、バイオニックロボットは依然として目立つ存在である。

革新的なインテリジェント材料と制御方法

明らかに、バイオニックロボット技術のさらなる発展に伴い、鋼鉄やプラスチックなどの従来の材料では、より複雑なシナリオのニーズを満たすことが難しくなります。生物学的特性に近いバイオニック材料を使用すると、エネルギー消費を削減し、効率を高めることができます。

例えば、水中バイオニックロボットの設計では、新しい柔軟な材料を使用してバイオニック魚を設計することで、バイオニック魚の速い遊泳速度や柔軟な動きなどの特性をよりよく実現できます。

バイオニックロボットの開発において、将来的に従来のロボット制御方式を放棄できれば、筋電信号制御や脳波信号制御などのバイオニック制御方式をさらに開発・研究することができます。ニューロンの使用により、バイオニックロボットは正確に制御され、多感覚情報の融合、遠隔監視、複数ロボットの協調制御において画期的な進歩が達成され、より正確で、より適応性が高く、より応答性の高い制御プロセスと優れた環境認識能力が実現されます。

特定の垂直シナリオがバイオニックロボットの焦点になるかもしれない

現在の観点から見ると、バイオニックロボットは軍事、医療、救助などさまざまな分野で広く使用されていますが、その性能にはそれぞれ長所と短所があります。

軍事分野における多くのバイオニック脚ロボットは、その応用価値が低いと批判されてきましたが、医療や救助などの特定の垂直シナリオでは、バイオニックロボットの性能は予想以上に優れています。

医療分野では、ハーバード大学ソフトロボティクス研究所が開発した人工心臓がソフトロボットの代表例で、その外側の胴体は鋳造されており、内部には人工筋肉が螺旋状に埋め込まれています。

人工心臓は、空気圧人工筋肉（PAM）を介して自身の動きを制御し、人工筋肉ユニットを選択的にアクティブ化または非アクティブ化することで、心筋の収縮ルールをシミュレートし、数値シミュレーション用のソフトウェアを使用します。

さらに、ソフトバイオニックロボットは、柔らかいボディ、湾曲した形状、不規則な表面により、さまざまな環境でより柔軟に移動できます。そのため、ソフトロボットはウェアラブルデバイスと組み合わせられ、特別なグループが生理活動を完了するのを支援します。たとえば、ハーバード大学のソフトロボットグローブは、手術後の患者の回復を助けます。

同様に、検出と救助の分野でも一定の利点を発揮することができます。例えば、地震や津波災害の捜索救助の過程では、バイオニックロボットは機械的な掘削と捜索を利用して捜索救助の効率を向上させると同時に、捜索救助の安全性を確保することができます。

つまり、これまでのバイオニックロボットの開発には確かにいくつかの問題があります。外見は似ていますが、精神は異なります。しかし、自然の助けを借りてバイオニックロボットを開発するというアイデアは、人類の知恵の結晶です。いつの日か、この知恵の木はきっと豊かな実を結ぶでしょう。