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30年以上前、エドワード・シザーハンズの「ナイフがなければ、君を守ることはできない。ナイフを持っていても、君を抱きしめることはできない。」という言葉は、数え切れないほどの人々の心を動かしました。 「私がこんな風に見えるのは、人々がもっと抱きしめたくなるから」と言ったダバイは、数十年経って、再び私たちを泣かせた。

ロボットの発展の歴史を振り返ると、映画やテレビ作品におけるロボットの温かさは、現実世界のロボットの発展パターンの変化と常に切り離せないものです。自動機械装置から柔らかいロボットまで、テクノロジーの背後にはより多くの優しさがあり、ロボットは「柔らかさ」に向かって動き始めています。

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テクノロジーは生命から生まれ、生命に役立つ

紀元前4世紀、古代ギリシャの哲学者アリストテレスがヤモリの優れた登山能力に「困惑」して以来、その優れた登山能力は科学研究者による研究の焦点となってきました。

その後、実験により、ヤモリの足にはそれぞれ何百万本もの細い毛があることが発見されました。これらの毛は最も平らな表面にも挿入できるだけでなく、毛の大きさと尖った形状により、登るときのヤモリの接着力が大幅に向上します。この超強力な粘着力のおかげで、ヤモリは垂直に磨かれたガラスの表面を毎秒1メートルの速さで登り、全身を壁にしっかりとぶら下げたり、天井に逆さまにぶら下がったりすることができるのです。「たった1本の指で」

ヤモリの「ユニークな能力」と、​​ミミズ、タコ、クラゲなどの軟体動物の柔軟性を組み合わせることで、科学者たちは、より機敏で、より危険性が低く、より多用途なソフトロボットを作成するための無限のインスピレーションを得ている。生命から生まれ、生命に奉仕するテクノロジーの物語が始まった。

1989年、日本の岡山大学のソフトロボティクス研究室は、いくつかの初期のソフトロボット、すなわち小型の柔軟なマニピュレーターの製造を完了しました。このロボットは白いシリコン素材で鋳造されており、ガス圧縮の原理で機械的に駆動されます。屈曲、伸展、内転、外転、内旋、外旋、および旋回の 7 つの自由度があります。人間の手と同様に、握る力を制御して壊れやすい物体の基本的な把持動作も実行できます。フレキシブルマニピュレーターの成功は、シリコン素材と空気圧駆動モードを使用したローカルソフトロボットの初の「収益化」でもあります。

2007年、米国国防総省の国防高等研究計画局は、化学、材料科学、ロボット科学を統合して化学ロボットChemBotを開発しました。その超弾性外皮は、多数の細胞状の部屋で構成されています。通常の状態では、皮膚の細胞室にガスを充填することで、ChemBot が膨張し、全体的な外観が変化することがあります。

必要に応じて、「変形」機能を使用して、ChemBot を人間が入れないさまざまな狭いスペースに押し込み、人間に代わってさまざまなタスクを完了することができます。 ChemBotの登場により、探査分野におけるソフトロボットの応用が成功裏に開拓されましたが、自由に移動できるロボットという従来の概念からはまだまだ遠いものです。

2011年、ハーバード大学の化学者ジョージ・M・ホワイトサイド教授率いる研究チームは、イカやヒトデなどの無脊椎動物からヒントを得て、4本の「足」を持つ小型のソフトロボットを開発した。このロボットは「足」を使うことで、ミミズのように非常に狭い空間を移動できる。

このロボットは、前世代のソフトロボットの特徴を兼ね備えており、さまざまな形の果物を正確につかんだり、食べ物をふるい分けたりできるだけでなく、とげのあるサボテンをつかむこともできます。把持した物体を傷つけることなく、人による操作リスクを低減することに成功しました。

その後数年間で、ソフトロボットの出現は安定しました。 2014年、アメリカのハーバード大学はヒトデを模したソフトロボットを独自に開発した。このロボットは高弾性シリコン素材で作られており、電動エアコンプレッサーで駆動する。素材と電力のアップグレードにより、スターフィッシュソフトロボットは最大2時間の自律動作を完了でき、高強度の衝撃や圧迫に耐えることができ、極寒の気候、強風、水たまり、炎などの過酷な条件でも動作できる能力を備えています。

偶然にも、同じ年に中国の科学者もソフトロボットについて考え始めました。 SRTソフトロボティクスのCEOである高少龍氏は、以前勤務していた北京航空航天大学に「バイオニックソフトロボティクス研究所」を設立した。中国は、このロボット革命において、ソフトロボットの急速な発展に遅れを取らないようにしている。

2015年、イタリアのバイオロボティクス研究所はバイオニックタコを設計しました。このソフトロボットは、成形材料と駆動方法において画期的な進歩を遂げました。シリコンで包まれたメッシュSMA構造を使用して結合変形し、触手で掴む力を獲得し、ロボットの触手の這い回りと遊泳はクランクロッカー機構によって駆動されます。成形材料と駆動方法のさらなる進歩により、完全に柔らかいロボットの創造のきっかけが生まれました。

部品から全体へ、ソフトロボットの最適化が進行中

2016年、ハーバード大学バイオニックロボティクス研究所のウェーナーチームが独自に開発したソフトロボット「オクトボット」が、科学誌「ネイチャー」に無事掲載され、再び学術界で大きな注目を集めました。 Octobot は、世界初の完全に柔らかいロボットとして認められています。そのベースは 3D プリント技術で作られています。化学反応によって必要な電力を供給し、流体駆動の移動方法を採用しています。電気なしで自律的に移動できます。大人の手のひらほどの大きさで、材料費は 3 ドル未満です。完全に柔らかいロボットであるオクトボットの登場は、ソフトロボットの開発に画期的な進歩をもたらしました。

わずか1年後、中国の「タコ鬼」が登場した。北京航空航天大学の王天妙と文立のチームは、ドイツの自動化技術企業Festoと協力してOctopusGripperの開発を完了し、これは中国のソフトロボット分野の発展における新たな突破口となった。

2018年、米国ハーバード大学のコナー・ウォルシュ教授は、ウェアラブルリハビリテーションソフトウェアロボットを開発しました。このロボットの開発目的は、障害者や運動能力が制限されている人の回復を助けたり、補助装置として長期間着用したりすることです。リハビリ用ソフトロボットの登場により、ソフトロボットの活躍の場が徐々に広がっていることが実証されました。

同年、中国のCCTV10チャンネルは「イノベーション最前線 中国のソフトロボット」と題した特別番組を放送し、「バイオニックコバンザメソフト吸盤ロボット」「折り紙構造」「フレキシブルグリッパーソフトロボット」「ハイドロゲル」「タコの手ソフトロボット」を体系的に紹介した。この番組は、これまで世界で最も詳細かつ分かりやすくソフトロボットを総合的に紹介した番組である。

それ以来、ソフトロボット業界は爆発的な成長を遂げてきました。世界の主要なソフトロボットメーカーには、サイバーダイン、ソフトロボティクス、ライトハンドロボティクス、パーカー・ハネフィン、SRT北京ソフトロボティクス、ミョウモ、バイオニック・ラボラトリーズ、パナソニックなどがあります。

関連報道によると、2019年、世界トップ10のソフトロボットメーカーがロボット市場シェアの49%を占め、その中でサイバーダイン社は9.61%の市場シェアで世界最大のソフトロボットメーカーとなっている。さまざまなタイプのソフトロボットの中で、外骨格の収益市場シェアが最も高く、2019年には60.35%に達し、次いでソフトグリッパーロボットが39.65%を占めました。

ソフトロボットの世界生産は米国、欧州、日本に集中しており、2019年にはこれら3地域がそれぞれ世界収益の45.80%、24.33%、21.80%を占めました。消費は主に中国、米国、欧州、日本に集中しており、2019年、世界のソフトロボット売上高における中国のシェアは31.84％に達し、第1位となった。

巨大な市場に牽引され、ソフトロボットは2020年に繁栄期に入りました。研究者たちは、あらゆる生活に適した、動き、変形、色の変化ができる多機能マイクロソフトロボットを精力的に開発してきました。

今年3月4日、我が国の多大な投資と長年の研究が実を結びました。浙江大学航空航天学院の李鉄峰教授のチームは浙江実験室と共同でバイオニックソフト知能ロボットの開発に成功し、世界でもっとも深いマリアナ海溝でソフトロボットの自律的な深海遊泳を初めて達成しました。関連する論文は世界的に有名な学術誌「ネイチャー」に掲載されました。

この研究成果は、電気機械システムのソフトとハードの融合による圧力適応原理を初めて提案し、耐圧シェルを必要としないバイオニックソフト知能ロボットの開発に成功した。また、水深1万メートルの深海でソフトロボットの自己駆動型ソフト人工筋肉制御と自律遊泳を初めて実現した。この自動環境適応型インテリジェントシステムは、ソフトロボットの新たな章を開くだけでなく、深海探査、環境監視、資源探査のソリューションも提供し、複雑な環境やタスクにおけるロボットやインテリジェントシステムの設計に新たなアイデアを直接提供します。

「今度はナイフがなくても君を守れる」

実際、従来の硬いロボットと比較して、ソフトロボットの柔らかいボディにより、人間や自然とより効率的かつ安全に相互作用することができます。地震や洪水などの自然災害が発生したとき、あるいは崖、洞窟、海底などの複雑で未知の環境に遭遇したとき、ソフトロボットは、柔らかさ、高い柔軟性、大きな自由度など、独自の利点を最大限に活用して、さまざまな複雑な環境にうまく適応し、探索、救助、偵察などのタスクを遂行することができます。

医療や外科手術の用途では、ソフトロボットは生体の自然組織と互換性があるという本質的な利点を持っています。ハーバード大学のソフトロボットグローブは、ソフトアクチュエーターと繊維強化材で構成された成形弾性空洞を使用して特定の曲げを誘発し、筋肉や神経に損傷のある患者が自力で物を掴めるようにします。歩行補助ソフトロボットは全身を覆うことができ、通常の衣服のように着用でき、着用者との相互干渉を最小限に抑え、着用者の補助的な役割を果たします。

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低侵襲手術用ソフトロボットは、その独自の利点を活かして外科医の実際の手術を効果的に支援し、手術の精度を高め、傷を小さくし、出血を減らし、術後の回復にかかる時間を短縮します。

では、「エドワード」から「ベイマックス」まで、ソフトロボットはどこまで進化できるのでしょうか?ソフトロボットの登場は、ロボット時代の新たな始まりとなるのか、それとも人間型ロボットの研究開発の歴史における新たな転換点となるのか。それは我々の考慮と期待に値する。