カシャカシャ、とロボットの指がピアノの鍵盤に触れ、「ふるさと」のメロディを優しく奏でる。NHK連続テレビ小説「半分、青い。」で5月に放送された、印象的な1シーンだ。このロボットの手を製作した東京都立産業技術高等専門学校医療福祉工学コースの深谷直樹准教授は、独自の“からくり”による機構を使った高性能ロボットハンドの研究開発を行っている。ロボットハンドの現在地と未来予想図を、深谷氏に伺った。

人間の手や指の構造を模倣、
さまざまな形状の物を掴めるように

深谷氏が開発したロボットハンドの特徴は、とても単純な制御だけで、さまざまな形状の物を掴むことができる点にある。従来のロボットハンドには、果物や工具のように一つひとつの形や重さがバラバラなものを持つことが難しいという課題があった。指の一本一本、関節の一つひとつにセンサーやモーターを組み込み制御する方法では、多数の電子部品を制御する複雑なプログラムが必要となる。その分操作やメンテナンスの難易度が高く、電力の大量消費や耐久性といった点からも産業利用には壁があったのだ。

この課題を解決しようと深谷氏が考えたのが、独自の“からくり”だった。“からくり”とは、電子制御に頼らず望ましい動作を実現する機械装置の構造的な仕掛けを指す。

「人間の手や指の微妙な構造を模倣した独自の“からくり”を開発しました。すべての関節が機械リンクで結合していて、物体に馴染み、自動的にバランスを取るというもので、協調リンク機構と名付けています。センサーは使わず、基本的には1個のモーターのみで5本の指を動かします。

具体的にどう動かすかというと、つまみを引くだけ。私たちは普段、物を掴むときに“まず親指の関節を30度曲げて……”なんて思いませんよね。それと同じで、直感的に引くだけで勝手に手前にある物に巻き付くという構造なんです」

これまで、業界ではロボットの指は人間が設計した通り、1ミリ単位で精密に動くものという先入観があったと深谷氏は話す。それによって制御が複雑になっていった。しかし、過程はどうあれ、最終的に物を掴むことができればいいはず。こう考えて仕組みをシンプルにしたことで開発に成功した。

「人差し指と中指だけで、薬指と小指はねじれないんです。物を持つときに親指と人差し指・中指を使うことが多いから、ここだけ進化したのでしょうね。いままで見てきた解剖学の文献には載っていなかった発見でした」

解剖学や人間工学といった分野も横断しながら、深谷氏は少しずつロボットハンドを人の手に近づけている。

“からくり”を応用した3種類のロボットハンド

本研究の枠組みは、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託事業において、ダブル技研と共に行っている。3者は今年1月、“からくり”を応用したロボットハンドを3種類発表した。「F-hand」「New D-hand」「オリガミハンド」だ。

「F-hand」は、人間の手の構造や大きさを模倣した5本指のロボットハンド。前述した果物や工具のほか、ストローなどの細いもの、3kg程度の荷物も持つことができる。

用途として想定しているのは、農作物の収穫や食品工場での箱詰めなど。将来的には、インフラ関係の設備メンテナンス、建築現場での施工、災害現場など危険を伴う場所での作業、家事ロボットとしての食器洗いや掃除などを代替していくことを見込んでいるという。

「New D-hand」は、前述の“からくり”、協調リンク機構を持つ指を3本にすることで「F-hand」とは違った特徴を持たせた産業用ロボットハンド。より大きくて重い物を掴むことができるのが特徴だ。物流・製造業における搬送、組み立て、加工工程等に適していて、既にダブル技研を通じて自動車メーカーや研究所などで使用されている。

金属でできた上記2つのロボットハンドと違い、「オリガミハンド」はその名の通り一枚の紙でできたロボットハンドだ。レーザーカッターで切り出した紙を折り曲げてのり付けするだけの簡単な構造で、つまみを引くと指が曲がる。

鮭やコロッケなど傷つきやすいものを優しく掴める上、金属部品などの異物混入リスクがないため、弁当の具材詰めなどに向いている。縮小・拡大印刷するだけでさまざまなサイズになり、プラスチック段ボールに印刷し強度を増すことも可能。安価で使い捨てができるので、介護ロボや手術ロボなど衛生が求められる現場での活用も期待されている。

なお、「半分、青い。」に登場したピアノを弾くロボットハンドは、「F-hand」を応用し、見た目を昭和55年に開発されたロボットWABOT-2に似せて製作したもの。実際のWABOT-2は指先でタンタンタンと力強くピアノを弾くというが、番組制作スタッフからの「ヒロインの幼なじみが夢を見つけるシーンだから、ドラマチックにしたい」という要望を受け、ロボット的になりすぎないよう、柔らかく滑らかに演奏したという。F-handが人の手に近い構造を持っているからこそ可能になった演奏だ。

後編につづく

深谷 直樹
東京都立産業技術高等専門学校荒川キャンパスものづくり工学科医療福祉工学コース准教授。工学博士。ものづくりを中心とした医療福祉・ロボット関連の研究を行う。

昨年はイチローの引退という大きなニュースもあった野球界。今年はいったいどんな話題が持ち上がるだろうか。野球にサッカー、バスケットボールにラグビーなど、近年は日本でも様々なプロスポーツの盛り上がりが顕著だ。いずれのスポーツをするにせよ、現役で長く活躍するためには自身の健康管理はもちろん、どのようなトレーニングをするかによっても体のもちは違ってくる。そんな中、大リーグでも導入が進んでいるあるガジェットの発売が日本でも始まっている。

間もなくはじまる春の選抜高校生野球大会。球児たちの汗と涙のドラマに、つい時間を忘れて見入ってしまう方も少なくないはずだ。そんな高校野球の世界でここ数年議論が交わされてきたのが、投手の球数制限問題。過度な投球が将来的に投手の運動障害を招く可能性があるとして、有識者らにより検討が重ねられてきた。株式会社オンサイドワールドより発売された「motus BASEBALL」は、こうした背景のなか、注目を集めつつある投球解析データデバイスだ。投手のけが予防と投球パフォーマンス向上に向けて、さまざまな機能を有しており、現在はメジャーリーグの試合でも正式に着用が認められているという。

自分の限界と日々戦うアスリートにとって、自身のパフォーマンスを客観的なデータという裏付けを持って管理することはとても重要だ。経験と感覚に基づいたコンディショニング管理は、パフォーマンスの向上どころか、選手人生を縮めてしまうような故障のリスクにもつながりかねない。投手の球数制限が議論されている高校野球においても、選手のコンディショニング管理は大きなポイントとなっている。新たにルールが整備されたものの、過度な投球による投手の肩や肘の故障は、投球数や登板間隔だけが要因ではなく、投球フォームや体格、球種などの個人差にも起因すると言われている。100球未満であっても故障する選手もいれば、逆に100球以上投げても故障なく投球できる選手もいると言えるのが現状だ。

単に投球制限数未満だから故障しないという考え方ではなく、投手一人ひとりが自分自身の状態・パフォーマンスを適切に管理すること。投手が将来に亘って長くマウンドで活躍していくためには、こうした考え方が何よりも大切だ。

今回リリースされた「motus BASEBALL」は、投手がセンサーを搭載したスリーブを肘に着用し、投球することで、投球動作の数値やトレーニング量、肘のストレス値データを取得・蓄積し、客観的なデータによる判断指標を提供するウェアラブルデバイス。

専用アプリをダウンロードし、センサーと同期することで、投球解析に役立つ様々な機能を使うことができる。

注目したいのは、肘のストレス状態を数値化する機能。投球データの機械学習により、肘のストレス状態を数値化することができる。数値化という形で見える化したことで、一定以下にストレス値を抑えることでき、肘の故障リスクを大幅に軽減。故障・ケガの予防に役立てることができるという。

肘に過度な負担がかからない美しい投球フォームは、パフォーマンスの向上にもつながる。投球毎に蓄積されたデータは、フォーム改善のための客観的なデータとして使うことが可能だ。これらのデータはトレーニング設計の際にも力を発揮する。米国メジャーリーグをはじめとした一流の投手たちの投球データを元にして、ユーザーに合わせた投球トレーニングメニューを提案。トレーニング量の管理と、トレーニングの質を高めるサポートをしてくれる。さらに、デバイスに試合予定日をあらかじめ入力しておくことで、ベストコンディションを試合当日に保てるための練習量を管理することも可能だ。

適切なコンディショニング管理を欠いたばかりに、有望な選手が故障により野球をあきらめたり、それが原因でベストパフォーマンスを発揮できないことは、野球業界にとって大きな損失。選手をデータで支える名サポーター「motus BASEBALL」が、選手と野球業界の将来を明るいものにしてくれそうだ。