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。

「New Normal (ニューノーマル) 社会と共に歩む」をテーマに昨年開催された日本最大級のテックイベント『CEATEC 2020 ONLINE』にて、17カ国・地域から45社の有力スタートアップが集結した、JETRO設置の特設エリア「JETRO Global Connection」。参加した注目の海外スタートアップ企業を本誌編集長・杉原行里が取材。ブランドに深刻なダメージを与える恐れのある食品の品質を追求し、世界の食品サプライチェーンの信頼性を確保するためにDNA検出技術の開発に邁進するSwissDeCode社。信頼性のある食品とは？　スイスの新興企業トップ100の一つにも選ばれた同社CEO・Brij Sahi氏に話しを聞いた。

DNA検査で食の信頼性を高める

杉原：まずは御社の事業内容について、どのようなことをされているのかをお聞かせください。

Sahi：2016年にSwissDeCodeを設立し、主に食品の信頼性を確保することを目的として農家や食品メーカーの安全な食品の栽培および生産を支援しています。そして世界の食品サプライチェーンの信頼性を確保するために迅速でポータブルなDNA検出技術『DNAFoil®』を開発しました。また同年には、アメリカで開催された「MassChallenge」(世界最大級のピッチコンテスト。アーリーステージの起業家たちが資金調達を目的として参加するコンテスト)に参加し、金賞を受賞しました。

杉原：素晴らしい。御社の取り組みが、多くの企業から共感を得たということですよね。その『DNAFoil®』というのは一体どういったものなのですか？

Sahi：ターゲットのDNAのコピーを数百万のコピーに増幅する弊社独自の革新的なDNA検出技術です。最初のクライアントはスイス政府でした。チーズの安全性を高めるために、チーズに生息するバクテリアを検出し、農場から販売するまでのすべての工程で追跡できるようにして欲しいと依頼されました。

また、西アフリカのチョコレート製造工場では、カカオ植物を枯らしてしまうウイルスに長年悩まされており、年間生産量の10％が被害にあっていました。それにより、世界中にカカオを（安定）供給するために農園の拡大を余儀なくされ、広大な森林伐採にも繋がっていました。そこで我々はこの工場で『DNAFoil®』のテストをし、（このような問題の解決のため）植物が症状を示す前にウイルスの存在を検出することに成功しました。我々がこの迅速なオンサイトのDNA検出技術を開発した世界初の企業なのです。

杉原：検査からデータが出るまでに、どのくらい時間がかかるんでしょうか。

Sahi：わずか30分で結果を出すことができます。

杉原：なるほど。思ったよりもスピーディーですね。具体的にはどのような検査方法なのですか？

Sahi：このDNAテストには、以下の4つのステップがありますが、一般的な妊娠検査薬をイメージしてもらうとわかりやすいと思います。非常に簡単にテスト結果が出るようになっています。
1. DNAサンプル準備、2. DNAの抽出、3. DNAコピーの増幅、4. DNAの検出、という流れです。

杉原：これなら、簡単に取り入れることができそうですね。

Sahi：はい。しかしあるクライアントからテストの要望がきたのですが、『DNAFoil®』だと（テストに）35時間もの時間を要すだろうという状況でした。そこで新たに開発したのが『BEAMitup』(EUが資金提供するISO認定のDNAスクリーニングプラットフォーム)です。採取したサンプルを専用デバイスにセットしてボタンを押すだけで簡単にDNA検出ができるというものです。検査に要する時間は1分足らず。農場、倉庫、スーパーマーケット、レストランなど、様々な場所で簡単にテストができるようになったのです。

BEAMitup

杉原：それは素晴らしい！！

Sahi：そして、弊社の研究所は「ISO17025」に認定されています。これは、試験結果が信頼性のあるものかどうかを判断するための世界基準で、世界中の大きな研究所が認定されているものと同様です。通常は、まず企業がサンプルを研究所に送り、その試験結果とともにISO17025証明書を得るのですが、『BEAMitup』のプラットフォームを使用すると、研究所にサンプルを送らずして、同じISO17025証明書付きの結果を30分以内に得ることができます。

杉原：時間の短縮に加え、顧客からの信頼性の獲得にも繋がるということですね。

Sahi：その通りです。

杉原：『BEAMitup』を使って DNAを検出することによって、どのようなメリットがもたらされるのでしょうか？

Sahi：現在はPCR検査がDNAを検出するための世界標準になっていますよね。DNAというのは食品だけではなくどこにでも存在するものなので、『BEAMitup』を使うことによって、あらゆる場所で簡単にさまざまなウイルスの存在を証明できるということなんです。

我々が描く未来は、『BEAMitup』が使用されることで、あらゆる場所でISO17025証明書付きの迅速なオンサイトテストが実施できるようになるということです。

コーンの検査にも使われている『BEAMitup』。検査から30分以内に「ISO17025」証明を受け取ることができる。

杉原：御社のテクノロジーはとても革新的だと感じているのですが、今後、このテクノロジーは食品以外の分野にも活かされていくのでしょうか？

Sahi：医療分野でもこのテクノロジーを使用することができると思っています。しかし、これにはまた別の認証を取得する必要がありますがかなり複雑で、残念ながらまだ少し時間がかかりそうです。

杉原：なるほど。レストランなどには導入される可能性はあるのでしょうか？

Sahi：もちろんです。まずは大きな産業からはじめて、そこから小さなユニット、例えば小さな工場やレストランに導入したい。そしていつかは家庭にも入れていきたいと考えています。

杉原：それはどのぐらい近い将来でしょうか？　５年後？　もっと先？

Sahi：そうですね…、実現するためには…まずは資金が必要になりそうです（笑）。

いま我々は、食品の品質と信頼性にフォーカスしています。なぜなら、現在の食品の安全性が非常に不安定だからです。例えば、法律ではサルモネラ菌やリステリア菌は25グラムの食品に対してゼロであるということを証明しなければなりません。しかし、ゼロであるということを証明するためにできる唯一の方法は、サルモネラ菌やリステリア菌の“分子のひとつがある“ことを証明することなのですが、実は現在のテクノロジーではまだそれは不可能なのです。そこで我々は、その菌を培養するのですが、現状では培養に約6時間かかってしまう。もう少し改善が必要だと思っています。

杉原：日本ではどのようなアライアンスパートナーを探していらっしゃるのですか？

Sahi：わたしたちの理想のパートナーは、穀物やデリ、肉などの事業セグメントを持ち、既にそれらを食品業界に供給している企業や、自社で食品の成分を分析する機械、研究所を持っている企業です。今年の12月には、遺伝子組み換えトウモロコシを検知するため、農産物・食品分野をリードする世界的なサプライヤーと共同開発した試験的プログラムをヨーロッパで実施する予定です。もし日本でパートナー企業を見つけることができれば、日本でも実施したいと考えています。

栄養価や安全が食品の価値を上げる

Sahi：食品の安全について、もう一つ、私のビジョンをお話してもいいでしょうか？

杉原：ぜひ聞かせてください。

Sahi：消費者が何か商品を購入したとします。その箱にはQRコードが記載されていて、スマートフォンでスキャンすると、その箱の情報だけでなく、商品の成分まで知ることができる。食品アレルギーについて知りたいと思えば、例えばアーモンドなどのナッツ類について、自分の口に入る前に何回のテストを受けたものなのかを知りたいとします。『BEAMitup』」デバイスが、農場、倉庫などに設置され、それぞれの場所で得られたデータがクラウドに集積される。その情報を消費者に提供したいと考えています。

杉原：僕たちも人の体をセンシングするという技術を持っていて、歩くとか座るという人間の動きのデータから特徴が可視化されて、その人が今後どのような病気にかかる可能性があるのかといったことがわかるシステムを開発しています。様々なデータをクラウドに集積管理して統括的に健康管理ができるようにしていきたい。Brijさんがやろうとされているところと近しいところがありますよね。

Sahi：そうですね。

杉原さんはA2ミルクというものをご存じでしょうか？　実は牛乳にはA1・A2という２つのタイプがあるんです。

杉原：それは初めて聞きました。

Sahi：A1ミルクは、人間の体内では消化できないタンパク質が含まれています。A2ミルクにはそのようなタンパク質は含まれておらず、母乳に似た成分が含まれているのです。A1とA2は牛の品種に応じて異なる割合で存在するものなのですが、弊社が世界で初めて、A1とA2を識別するテストの開発に成功しました。その結果、世界中の乳牛のたったの9％のみがA2、91％がA1だということがわかりました。そこで我々はA2ミルクにQRコードをラベリングし、消費者がウェブ上で情報を見られるようにする仕組みを作りました。A2ミルクが何なのかを知ってもらうと、A2ミルクの価値も上がると考えたのです。

杉原：なるほど。データを使って付加価値を付ける。

Sahi：そうです。その食品がどこから来たのか、どのようなものが使用されていて、どんなテストを受けたものなのかなど、消費者が安全な食品を選ぶためには、できるだけ多くの情報が必要だと考えています。

杉原：今はアレルギーの方も多い。消費者にとって食品の安全というのは、健康な生活を送る上で大変重要なテーマです。

コロナのパンデミックが収束したら、ぜひ日本にいらしてください。素晴らしいレストランでおもてなしさせてください。そこでBrijさんのポータブルオンサイトシステムを使って一緒にDNAテストをしましょう！！

Brij Sahi（ブリッジ・サヒ）
Swiss De Codeの共同創設者、兼取締役。航空宇宙、エンタープライズ、ITや電気通信の分野において営業、マーケティング、ポートフォリオマネジメントや事業開発の経験を積む。またヨーロッパとアジアにおいて、グローバルで商業的かつコーポレートなバックグラウンドを持ち、投資、スタートアップ企業の創造と管理、発展中のB2B組織をよりカスタマー市場に一変、継続的な起業家として名を成している。