新しく開発された二足歩行ロボットは、歩行と飛行をシームレスに切り替えることができ、この 2 つのスキルの組み合わせこそが、この未来的なマシンの真の特徴です。
LEONARDO、略してLEOをご紹介します。LEOはLEgs ONboARD droneの頭文字をとったもので、このロボットの特徴をうまく表現しているものの、少し物足りないところがあります。LEOを開発したカリフォルニア工科大学のエンジニアたちは、単にロボットの脚を空中ドローンに取り付けただけではありません。歩行と飛行の両方を念頭に置いてロボットを設計し、様々なコンポーネントを統合するための専用ソフトウェアを開発する必要がありました。
LEOはまだプロトタイプであり、二足歩行飛行ロボットが地上ロボットや空中ドローンだけでは困難あるいは不可能なタスクを実行できるかどうかを確認するための一種の概念実証です。将来的には、本格的なバージョンが、損傷したインフラの点検・修復、アクセス困難な場所への新設備の設置、自然災害や産業事故への対応といった、困難あるいは危険な任務を担う可能性があります。最終的には、LEOのようなロボットが、火星や土星の衛星タイタンなどの天体の表面に繊細な機器を輸送することさえ可能になるでしょう。さらに、この機敏な二足歩行飛行ロボットは、防衛や戦争にも活用される可能性があります。
LEOのSF的な特徴は偶然ではありません。メールでチームから聞いたところによると、彼らは架空の空飛ぶヒューマノイドロボット「鉄腕アトム」と、グラビティ・インダストリーズのリチャード・ブラウニング氏が開発したアイアンマン風のジェットスーツにインスピレーションを得たとのことです。しかし、このプロジェクトの最終的な目的は、歩行と飛行の相互作用を力学と制御の観点から研究し、「前例のない歩行能力を実現し、ハイブリッドな移動に伴う問題を解決する」ことでした。Caltechのチームはまた、困難な地形での垂直離着陸（VTOL）用の適応型着陸装置の開発も目指しています。
自然は遥か昔にこのトリックを解明しました。鳥、コウモリ、昆虫、その他多くの生物は、この2つの移動モードを切り替えて移動できます。これは明確な進化上の利点となります。一方、ロボットは、これら2つの移動モードのいずれかに特化している傾向があります。これには長所と短所があります。地上ロボットは足元が安定しており、頑丈で、重い荷物を運ぶことができますが、困難な地形では苦労し、高い場所に到達できません。空中ドローンは機動性が高く、あらゆる環境で飛行できますが、飛行に必要なエネルギーが大きいため、長時間の飛行は不可能で、微細な操作タスクの実行は不得意です。そのため、両方の長所を活かせる機械の開発が求められています。
地上でのバランスと空中での機敏性を実現するために、LEOは綿密に設計する必要がありました。キム・キュナム氏、チョン・スンジョ氏、エレナ・ソリナ・ルプ氏、パトリック・シュピーラー氏はメールで、頑丈でありながら軽量な部品に加え、LEOの4つのプロペラと脚関節を「LEOがバランスを崩すことなく歩行または飛行できるよう同期制御する」アルゴリズムが必要だったと説明しました。「この2つの異なる領域は、既存のロボットシステムでは通常、相互に絡み合っておらず、他のロボットシステムでは十分に研究されていない、多くの工学的課題に取り組む必要がありました」と彼らは付け加えました。この研究を概説した論文が、本日Science Robotics誌に掲載されました。
LEOの重量はわずか5.7ポンド（2.58kg）、高さは2.5フィート（75cm）です。鳥のように、このロボットは細身の多関節脚で地面を蹴り上げ、離陸時のアシストを行います。LEOの傾斜した電動スラスタ（4つのプロペラ）は、これらのジャンプと同期しています。LEOはハイヒールを履いているかのように歩きますが、このハイヒールのおかげでバランスよく立つことができます。さらに、状況に応じてLEOのプロペラが作動し、さらなる安定性を確保することもできます。バッテリー、センサー、そして必要な処理能力はロボットの胴体に搭載されており、煩わしい配線を必要とせず、完全な自律動作を実現しています。
「LEOのエネルギー消費の最適化は、この研究の優先事項ではありませんでした」とチームはメールで説明した。「その代わりに、幅広い機能に焦点を当てました。」
テストでは、LEOは機敏な歩行と飛行を交互に行い、困難な障害物を回避したり、スケートボードやスラックラインでの歩行など、バランスが求められる難しいタスクを実行したりしました。チームがメールに記したように、LEOの設計は「マルチローター機の飛行性能を維持しながら、複雑な地面との相互作用を伴うダイナミックな二足歩行」を可能にしました。チームは、LEOがプロペラの助けを借りながらもスラックラインを実行した初の二足歩行ロボットであると主張しています。
歩行と飛行の能力を組み合わせることで、チームは高圧電線の点検や高架橋の監視など、幅広いロボットミッションの実現を目指しています。これらのロボットは、老朽化したインフラの点検、災害現場での作業、さらには遠い世界の探査までも可能になるかもしれません。
チューリッヒ工科大学環境システム科学部の研究者、ステファノ・ミンチェフ氏は、フォーカス誌の関連記事の中で、LEO の能力にはトレードオフが必要だと述べている。
プロペラはLEOの歩行を安定させるために傾斜していますが、この選択は飛行中の効率を低下させます。持ち上げる重量を最小限に抑えるため、脚は細く、出力も低くなっています。LEOは歩行中、プロペラからの継続的な支持を必要とするため、純粋な地上ロボットよりも多くのエネルギーを消費します…これらのトレードオフの程度、つまりマルチモーダルロボットが純粋な地上ロボットまたは航空ロボットにどれだけ近づくかは、設計上の選択に依存します。トレードオフを最小限に抑えることは、依然として困難な課題です。
ミンチェフ氏は今回の研究には関わっていないが、研究チームに助言を与え、自然からインスピレーションを得続けるべきだと述べた。彼は、滑空性能を向上させるために体を平らにするトビヘビの例を挙げた。
確かに改善の余地はありますが、LEOは全く新しいタイプのロボットの先駆けです。鉄腕アトムが大きなインスピレーションとなったとはいえ、科学者たちの道のりはまだまだ長いのです。
さらに：自律型殺人ロボットの時代はすでに到来しているかもしれない。
