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クモヒトデに学んだ、想定外の故障に「即座に」適応可能な移動ロボット シンプルな数式でクモヒトデの複雑な動きを表現

Tohoku University

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IMAGE: (a) Overview of a brittle star (left) and photographs of locomotion when it lost one of its arms (right). (b) Overview of the brittle star-like robot PENTABOT II (left)... view more 

Credit: Ishiguro-Kano Laboratory

東北大学電気通信研究所の石黒章夫教授、加納剛史准教授、佐藤英毅氏(大学院修士課程、当時)、小野達也氏(大学院修士課程、当時)、北海道大学電子科学研究所の青沼仁志准教授、東北大学大学院医学系研究科の松坂義哉講師(現 東北医科薬科大学教授)の研究グループは、想定外の故障に対して即座に適応できる移動ロボットの開発に世界で初めて成功しました。

移動ロボットが未知の実世界環境下で動き回るためには、ロボットの一部が故障してもリアルタイムに適応し、移動能力を維持することが不可欠です。しかしながら,従来のロボットは想定外の故障に適応するのに数十秒〜数分もの時間を要していました。この問題解決のため本研究では,原初的な棘皮(きょくひ)動物であるクモヒトデに着目しました。クモヒトデには「脳」のような高度な情報処理を担う中枢神経系はなく、放射神経と呼ばれる単純な神経系しかないにもかかわらず、5本の柔軟な腕を適切に協調させて推進することが可能です。さらには、外敵に襲われるなどして腕を失った際(自ら腕を切断することもあります)、残った腕が何本であろうともそれらを即座に協調させて推進し続けることができます。このようにクモヒトデは、驚異的な耐故障性を有しています。

本研究では、腕を除去あるいは短くしたクモヒトデの観察結果をもとに、「各腕が環境から進行方向側に反力を受けたときにのみ地面を蹴る」という、極めてシンプルな数式で記述される自律分散制御則を設計しました。そして、この制御則をクモヒトデ型ロボットに実装したところ、腕をいかように破壊しても数秒以内に適応して動き続けることができました。

この成果は、想定外の事象に対処可能な適応能力の高いロボットを実現するための基盤技術を提供し、災害現場などの過酷な環境下でも機能できる移動ロボットの実現へと道を切り拓くと期待されます。また、動物が身体の一部に傷害を負ったときに、身体の協調の仕方を適切に変えて動く原理の解明にもつながると期待できます。

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本研究成果は、2017年12月13日(日本時間17時00分)に英国の科学誌Royal Society Open Science電子版に掲載されました。

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