分野横断型の研究が進むロボットの世界。工学と化学、物理、医学などの研究が融合し、培養した筋肉がまるで人間の腕のような動きをするロボットを東京大学生産技術研究所の研究チームが発表した。チームを牽引してきた研究室のリーダー、竹内昌治教授は、この研究を「バイオハイブリッド」と呼ぶ。バイオハイブリッドな研究とは、いったいどのようなものなのか。

研究室メンバーのバックグラウンドは
機械工学、化学、物理、生物、医学など多彩

中央上部の白い部分が培養筋肉。オレンジ色の部分は3Dプリンタでつくった樹脂の骨。

生体特有の能力を人工物のなかに取り入れる試みは、科学の歴史のなかで、繰り返されてきた。しかし、現実には、人工物で生体の機能を完全に模倣することは不可能に近い。人工物を生体に取り入れるのではなく、生体と人工物とのハイブリッドをつくることで、生体の能力を「ものづくり」に活用しようとしているのが竹内教授率いる同研究所のチームだ。今年（2018年）5月、米科学誌に発表された論文。世界中の注目を集めることになったその内容は、人工的に培養した組織二つを樹脂製の骨格に付けることで、人間の指に似た動きができるロボットを開発、1週間動き続けることに成功したというものだった。

「私の研究室では、いろんな方向で研究しているのですが、メインとなっているのはバイオハイブリッドという考え方です。僕のバックグラウンドは機械工学ですが、研究室のメンバー、それぞれのバックグラウンドは、化学、物理、生物、医学など、多岐にわたっています」

入れ替わりながらも常時50～60名いるメンバーは、工学、生物学、化学、医学などのPh.D取得者、学生、メディアアーティスト、会社社長など、立場もさまざまだ。

生産技術研究所は異なる専門分野を持つ研究者の交流の場でもある。

「異分野の融合型研究をやっていくと、考え方自体がどんどん、どんどんハイブリッドになっていきます。たとえば現在、生体と機械のハイブリッドな研究を推し進めています。僕ら、ものづくり屋がまだ実現できていないのは、生体に見られるような特殊で、非常に魅力的な機能です。それは1分子レベルで物質を検出してしまう能力であったり、超効率的な物質生産能であったりします。自己複製や自己修復という能力も、生体特有のものです。そういう機能を人工物のなかに取り入れる試みは、長い歴史のなかでいろんな研究がなされてきました。しかし、まだ、完全には人工物で生体の機能をしっかりと模倣できているわけではありません。そうであるのなら、生体を1つの人工物と同じような感覚で用いることのできるパーツとして、人工物のなかに融合したバイオハイブリッドシステムとして提案していこうというのが、僕らのアプローチです」

これまでの具体的な成果としては、人の汗の匂いに反応する蚊の触角に含まれている嗅覚受容体を人工的に再構成し、人の匂いに反応するセンサーをつくることに成功した。開発が進めば、足場や視界の悪さから発見が遅れてしまうような災害地などでの救助活動にも役立つ。

筋芽細胞が筋繊維となり、
筋肉となるプロセスを人工的につくる

竹内教授は、ハイブリッドな発想が社会の諸問題を解決し、科学技術を進展させると考えている。

今年、米科学誌に論文を発表した培養筋肉も、生体を人工的につくるという点が共通する。

「筋肉は、直径が10ミクロンくらいの筋芽細胞が組み合わさって出来ています。筋芽細胞が集まると、細胞膜同士が融合して、きれいな繊維ができ、その繊維が束となって筋組織ができます。筋組織と神経がつながり、神経から信号が来ると筋肉が収縮するというのが我々の体の中で起きている筋肉が動くメカニズムです。普段、筋肉はお母さんのお腹のなかで細胞が分裂して出来上がってくるわけですが、僕らは組織工学的なアプローチで、体外で筋肉をつくっているのです」

筋芽細胞が筋繊維となり、筋肉となるプロセスを、人工的につくり出しているのだ。

「筋芽細胞を集めて、あるゼリー状の空間のなかに入れて、培養液を加えると、自ずと細胞は自己集積してきて、筋繊維が出来上がります。それを、とても細長い空間で行なうと、筋繊維がある一定の方向に配向し、そこに電気信号をかけると収縮するのです。その方法自体はこれまでもあるのですが、僕らは、まず細胞をゼリーのなかに閉じ込め固めた後、そのゼリーを型枠から取り出し、いろんなところに貼り付けるように改良しました。貼り付けた後に、その場で細胞が筋繊維に成長できる方法を考案したのです。」

ゼリーごと型枠から取り出せるようにしたことで、培養筋肉はパーツとして使えるようになったのだ。

「たとえば、3Dプリンタで骨格をつくり、この関節が動いてほしいなというところに筋肉を合わせて、電気刺激を与えると関節が動くようなシステムをつくりました。生体の組織のものづくりと、3Dプリンタでつくるものづくりを、うまく融合させたハイブリッドシステムを提案しているという状況です」

将来的には培養筋肉の大型化も可能だろうが、そのためのハードルはまだ高い。

「細胞なので、いつも養分を与えないといけません。筋肉を分厚くすると、培養液が内部まで行き渡らなくなるのです。人間の筋肉は太いのに栄養が行き渡るのは、筋肉のなかに血管が通っているからです。現状の培養筋肉は、あくまでもプロトタイプとしてつくっていて、生体組織と3Dプリンタでつくった人工物との融合、融合する際にどのようなものづくりが重要になってくるかという基礎的な研究のアウトプットとして出しています」

研究で培った技術は将来、
医薬品開発のモデルや培養肉に応用可能

現在は基礎的な研究の段階だが、培養筋肉には大きな展望もある。

「左右1対として、両側で同じようなテンションで引っ張る拮抗構造の培養筋肉は、1週間以上長持ちします。そうなると、使えるアプリケーションがあるのではないでしょうか。たとえば、医薬品開発のモデルとして使えるのではないかと考えています。筋肉をターゲットとした薬はたくさんあります。通常は人の細胞をとってきて、皿の上で、2次元で培養して、医薬品に対する収縮具合を見ます。ただし、2次元で収縮するのと、3次元で収縮するのとでは、全く違う応答を示すことも多々あります。力も違うし、細胞一つ一つが持っている能力も違うし、グルコースの消費量も違います。そうした違いがあるために、2次元では、薬がどういうふうに効いたかというのは、正しくはわからないのです」

3次元の培養筋肉なら、より人体の筋肉に近いモデルでデータを取ることができる。

「その発展形として、筋肉と神経とを結びつけることにより、ALSの患者さんの治療薬の開発モデルもできると考えています。通常、3次元の筋肉を研究するときは、ネズミなどの動物を使いますが、そこには2つの問題があります。動物実験をしていいのかという倫理的な問題と、ネズミとヒトは種が違うので、ネズミに効いてもヒトに効かないということはたくさんあるという問題です。ヒトの細胞を使って培養筋肉を作れば、ヒトの3次元の筋肉を模倣することになり、種の違いは起きません。将来は、動物実験を使わないような方向に進むのではないかと思っています」

ヒトの筋肉以外に応用すれば、次のような展望も開ける。

「牛の筋肉をつくることができれば、牛を殺さなくても牛肉ができます。オランダの研究者が世界で初めて培養肉をつくったのですが、環境負荷が少ない、細菌を一切含まないクリーンな環境でつくることができる、高蛋白・低脂肪のようなデザインをすることができるなど、メリットは多いのです。欧米では培養肉をつくるベンチャーも立ち上がっています。僕らも筋組織をつくり、筋繊維を配向させるという技術を持っているので、そちらの分野への応用もまじめに考えています」

さまざまな分野の研究者が集まる研究室だからこそ、培養筋肉について、さまざまな発想が生まれるのだろう。

「ある人は本気で医薬品を開発しようとしていて、ある人は筋肉がどのように発生してくるのかを基礎生物学としてしっかり調べようとしています。また、ある人はロボットに応用しようと試みています」

いずれにしても、東京大学生産技術研究所の竹内研究室に集う研究者たちは、楽しさを感じながら研究に打ち込んでいることだろう。

竹内昌治（Shoji Takeuchi）
1972年、東京都生まれ。東京大学工学部産業機械工学科卒業、同大大学院工学系研究科機械情報工学専攻博士課程修了。現・同大生産技術研究所 教授、総合バイオメディカルシステム国際研究センター センター長。研究室では「Think Hybrid」を合言葉にしている。「少子高齢化の問題、環境問題、安心安全の問題など、多くの問題があるときに、一つの専門分野だけでは解決できないことがあります。いろんな分野の人が集まって、いろんな発想をして、解決するのが自然な流れでしょう。それを一つの研究室でやっていこうというのが、私共のポリシーです」

物流と工場に特化したパワーアシストスーツを中心にした製品群で、いま熱い注目を集めている株式会社ATOUN。「ハイテクとローテクなど、私のイノベーションの興し方は常にギャップ」と語る藤本弘道社長は、自らを社会実装家と呼ぶ。最先端の機能を使いながら、セオリーから外れた価値と組み合わせることで面白い製品を作り上げていく。その創造力の源泉を辿った。

ロボットの世界には、大きく分けて3つのジャンルがある。制御により動く産業用ロボット、自分で考えて動く自立型ロボット、そして人間のパワーを増幅させるパワーアシストロボットだ。

パワーアシストロボットに関しては、戦争で負傷した兵士のためという側面もあり、アメリカ、フランス、イスラエルといった軍事研究が盛んな国々が強い。日本は無類のロボット好きという特殊な事情によって成長している稀有な例といえる。

ロボットに幻想を抱いていないんです

そんな中、「ロボットを着て、人間がもっと自由に動き回れる世界をつくる」をミッションとして誕生した株式会社ATOUN。社名の由来は「阿吽の呼吸」。人間を表す「A（阿）」と、ロボットを表す「UN（吽）」が調和する社会の実現を目指している。

なお、同社はより大きな力を発揮するものをパワードスーツ、人間が装着する力の弱いものをパワーアシストスーツ、よりウェアに近いものをパワードウェアと呼んでいる。

「人間とロボットによる2人羽織りみたいな製品を作りたいんですよね」

最新ロボットを作っているにも関わらず、二人羽織という極めてアナログ的な表現が出るのが、藤本社長の面白いところだ。

「私は今年で48歳のガンダム世代。もちろん幼少期に観ていましたが、すごい好きかと言われるとそうではない。だから、あまりロボットに幻想を抱いていないんです。それよりも、社会実装という側面に重きを置いています。私以外の社員は皆、ロボット好きで夢の世界に生きていますけどね（笑）」

藤本社長は、大学院卒業後にパナソニックへ入社しモータ社へ配属された。そこで、小型モータ用ブラシ材料や、磁石材料の開発を担当。つまりロボットは専門外なのだ。しかし、あるときパワードスーツを研究をしている教授の論文に出会い、気持ちに変化が訪れる。

夢と現実をベストミックスさせるのが社会実装家

「パワーアシストスーツに可能性を感じ、将来的に世の中の役に立つことを確信しました。社会に役立つのなら、いつか誰かがやらなくてはいけない。それなら自分でもいいのでは？ と思うようになったんです。また、大学の研究室というのは要素研究がメインで事業化は得意ではない。社会実装の視点で自分が取り組めば、素早く事業化できるだろうとも思いました」

そこでパナソニックの社内ベンチャー制度に応募し、2003年にATOUN（旧アクティブリンク）を設立。ロボット研究者がリーダーとなっていることが多い業界だが、研究者出身ではあるものの、畑違いという点が他社との違いに現れている。

「ビジネスモデルを考える方が好きですね。技術には自信があるし、良いものをつくっているという自負もありますが、ものが良ければ売れるわけじゃない。良いか悪いかよりも買うか買わないかが大切だと思う」

この発言だけを切り取ると、金儲け第一主義に感じてしまうかもしれない。しかし、藤本社長が重点を置いているのはあくまでも社会実装。世の中で広く使われるロボットを目指すゆえの発言なのだ。

「夢を追求するのが理想家。夢を語らずに商売だけでお金を稼ぐのが現実主義者。夢と現実をベストミックスさせるのが社会実装家なんです」

ATOUNが世に放った最初のプロトタイプは、2004年に発表した人工筋肉を使ったパワーアシストスーツ。トラックのタイヤを持ったままスクワットすることができた。しかし、傍らには大きなエアコンプレッサーが必要で、自由に動き回ることができず実用性はなかった。

その後、同技術を使ったリハビリ支援スーツを発表。これは施術にあたるセラピストが使うのではなく、脳卒中の患者が装着する点が新しかった。患者が健常側の腕を動かすと、麻痺した側の腕が自動で動くというミラー効果を狙った仕組みだ。体を動かすことで、脳のネットワークをつなげるという。残念ながら製品化には至らなかったが、2006年には『TIME』誌のBEST INVENTIONSに選出される。

さらに、2008年には映画『エイリアン2』にインスパイアされた、重量物運搬用パワーアシスト装置「パワーローダー」を発表する。

「映画に出てくる作業機械に影響は受けましたけど、事前に建設会社に行って、作業現場での悩みなどをヒアリングしたんです。そこで、床から2mのところまで100kg程度のものを持ち上げたいという要望が出てきた」

事前にリアルな声を聞いたとはいえ、あくまでもコンセプトモデル。まずは夢のある近未来を見せることで、情報や技術、資金を集め、社会実装に向けた製品を開発していく。このサイクルは創業以来、変わることなく続けている。

「現在、技術の責任者をしている社員はこのNIOを見て、”人生の最後は、これを世の中に出すために存在している”と言って入社してきました。その後、この技術は清水建設と共同開発したパワーアシストアーム『ATOUN MODEL K』に落とし込まれ、製品化されています」

働き方改革の意識とパワーアシストスーツの関係性

現在注力しているのは、重い荷物の上げ下げに関して「腰」をサポートするパワードウェアだ。『MODEL A』、『MODEL As』という第一世代を経て、この7月に『MODEL Y』を発表したばかり。本体重量が4.5kgと従来品よりも40％削減され、価格は120万円前後から約半減となっている。ちなみに、Aシリーズは累計270台程度売れており、『MODEL Y』に至ってはすでに100台近いオーダーが入っているという。

「工場や物流の現場でも、働き方改革という意識が芽生えています。また、地方の工場では募集をかけても女性しか集まらない。人手不足の時代ですから、力仕事とはいえ彼女たちも大事な労働力。その人材を生かすことにも、弊社の製品なら貢献できます。それに、導入してもらえば、“働き方を意識しているいい会社だ”というイメージもつく。新聞などでクローズアップされて、人材が集まることも少なくないようなんです」

工場によっておこなう仕事が違うため正確なデータは取れていないが、社内の実験では約20％の作業効率アップが見込めるという。しかし、その程度では費用対効果という意味では微妙なライン。そこに人材募集に有利という効果が加わることで、導入する工場は増えている。

「『MODEL Y』などは3箇所装着するだけですぐに動かすことができます。所要時間は約30秒。そういった点も魅力となっています。今後は腰をサポートするものだけでなく、腕や足などパーツごとに販売して、それらを自由に組み合わせることができればと考えています。全身版のスーツがあっても果たして買うかな？ という疑問があるんですよ」

確かに、全身版のパワードウェアがいきなり登場するよりも、サポートして欲しい部位ごとの機器のほうが想像がしやすい。究極的には、ホームセンターで部位ごとのパワードウェアが並んでいる様子が想像される。なお、今後はよりコンシューマー向けに近い、歩行支援のためのパワードウェア『HIMICO』の発売も控えている。これは、歩行を10％程度サポートしてくれるというものだ。

「老化して体力が落ちると、歩くことが嫌になるんです。その状態を身体的フレイル（虚弱）と呼びます。すると意欲まで薄れて精神的フレイルになる。その負のスパイラルが寿命を縮める結果になってしまう」

人間は生物学的に130～150年生きられるといわれる。しかし、寝たきりになってしまうと寿命はいっきに短くなる。そのため、せめて上体だけでも起こそうという話に。その次は立たせる、さらには歩かせる。そうすることで寿命は延びていくのだ。つまり、老化よりも体の機能低下が寿命を左右するともいえる。

パワーバリアレス社会の実現を目指して

「生涯学習のようなことをする高齢者グループは意外に多いんです。しかし、ハイキングなどのレクリエーションを企画すると、途端に参加しない方が出てくる。不参加者の多くは、“私、迷惑かけるから” と、これがフレイルの始まり。そんなときにHIMICOがあれば、自信が生まれて行動範囲も広がるわけです」

最近は、パラスポーツの分野にも進出を始めている。しかも意外なカタチで。

「パラ・パワーリフティングの大会で、『MODEL As』を使いたいと問い合わせがあって驚きました。そんなことしていいの？ って。よく聞いたら、大会では重りの交換が頻繁にあるみたいで、ボランティアの健常者が使うためだと。私は常々、ボランティアというのはいかにアスリートの邪魔をしないかが重要だと思っているので、そういう使われ方には興味があります」

最後に、ATOUNが思い描く未来について語ってもらった。

「年齢や性別に関係なく、動ける、働ける社会を作りたい。力の面でのバリアのない、パワーバリアレス社会の実現を目指しています。そのためには、ロボットを着て動き回れる世界を作ろうと。最終的にはファッションになるところまで持っていきたいです。自分で好きなパーツを組み合わせて、色も含めてコーディネートしていく。インターフェイスは公開するので、作業に応じた便利なパーツを作るサードパーティも出てきて欲しい。そういう未来を考えています」

藤本弘道
株式会社ATOUN・代表取締役社長
1970年大阪府生まれ。大阪大学大学院工学研究科原子力工学科卒業後、松下電器産業（現パナソニック）入社。2003年、社内ベンチャー制度を利用しアクティブリンク設立。2017年、社名をATOUNに変更。