ビッグニュース！自分自身をクローンすることはもはや「無効」ではないのでしょうか? 300キロ離れた場所にも潜入できる「クローン技術」

たとえ300キロ離れていても、人間はその場に没入し、感触を伝え、表情を復元し、美術展に参加し、競技を完遂することができる。

この画期的な進歩は、人間とコンピューターの相互作用に包括的な没入型体験と無限の可能性をもたらすiCub3 と呼ばれるロボットによって達成されました。

フィギュア｜iCub3 ロボット

過去4年間にわたり、イタリア工科大学の人工知能および機械知能研究所の研究チームは、高度なアバター技術を開発し、iCub3ロボットシステムを構築し、継続的に最適化してきました。

現在、 iCub3 は、遠隔操作で仮想現実ヘルメット、触覚手袋、ボディセンサーを使用することで、優れたモーションコントロール、触覚フィードバック、表現再現を実現しています。

ANA Avatar XPrize コンテストでは、iCub3 は遠隔地のオペレーターに触覚フィードバックを提供することに成功し、岩やレリーフ花瓶などの質感を伝えるとともに、笑顔や目のパターン (明るい舞台照明の下で目を細めるなど) を含む人間のオペレーターの表情も反映しました。さらに、競技中、iCub3は歩行や物体の操作能力を実証し、人間と一緒にパズルを解くことも行いました。

研究チームは、iCub3 は「市販のウェアラブルデバイスや特注のウェアラブルデバイスを含む一連の軽量操作デバイスと二足歩行を使用して最終段階でタスクを完了した唯一のシステム」であると述べた。

この画期的な研究結果は、権威ある科学雑誌「Science Robotics」に「iCub3アバターシステム：ヒューマノイドロボットの遠隔完全没入型実現」というタイトルで本日発表されました。

研究チームは、iCub3ロボットは、将来的に、より安全で信頼性の高い遠隔操作ロボットシステムの開発の基盤を築き、災害対応（危険性の低い状況での災害救助活動の支援）、危険な環境の探索、遠隔体験の拡大（物理的世界の遠隔地やアクセスが困難な場所）の新たな可能性を提供すると述べました。

ロボットはたくさんあるのに、なぜ iCub3 なのですか?

論文によれば、iCub3 の画期的な点は、完全な感覚的没入型体験を実現したことにある。バーチャルリアリティ、触覚手袋、ボディセンサーの巧妙な組み合わせにより、遠隔地のオペレーターは 300 キロ離れた場所にいるオペレーターの触覚を伝達し、オペレーターの表情を再現しながら、臨場感あふれる体験をすることができます。

他の研究と比較して、このシステムはディープラーニング技術を使用してマルチモーダル情報のインテリジェント処理を実行し、効率的なユーザーの意図認識とロボットの動作変換を実現し、リモートコントロールをより柔軟かつ正確にします。

この画期的な機能により、iCub3 はロボット工学の分野でユニークな存在となっています。

まず、iCub3 は実際の環境でのリモートコントロールを実現します。複数の感覚の同期フィードバックを通じて、ユーザーはより豊かでリアルな体験を得ることができます。

第二に、ディープラーニングにより、システムは適応性と知性を兼ね備えたものになります。これにより、ユーザーの意図をより適切に理解して対応できるようになり、制御の精度と柔軟性が向上します。

さらに、他の同様の研究と比較して、iCub3 は美術展、舞台公演、国際競技会などの実際のシナリオにうまく適用され、複雑な環境でも優れた適応性と安定性を実証しています。これにより、遠隔操作ロボット技術の将来の発展においてかけがえのない位置を占めることになります。

iCub3はどのように作られたのですか?

2004年、研究チームはロボット知能の研究を開始し、第1世代のiCubを設計して発売しました。第 1 世代の iCub は、乳児の認知および学習プロセスをシミュレートするロボットです。その機能は比較的限られており、主に特定のタスクを実行します。研究チームは長年の研究と技術革新を経て、最近、iCub シリーズの最新世代である iCub3 を発売しました。

iCub3 はテクノロジー面で全面的にアップグレードされました。これらには、バッテリー容量の大幅な増加、胴体に対するバッテリー位置の最適化、脚モーター性能の向上などが含まれており、ロボットの歩行と移動の柔軟性と安定性が向上しています。深度感知カメラの導入により、iCub3 の周囲を認識する能力がさらに強化されました。

特に注目すべきは、iCub3 がマシン アバター プラットフォーム、つまり Avatar System に組み込まれていることです。 iFeel 機器キットを使用すると、オペレーターは自分の体の動きをリアルタイムで再現することができ、iCub3 は光ファイバー伝送を介して、オペレーターのさまざまな体の動きや顔の表情などを遠隔で模倣することができます。

具体的には、オペレーターは仮想現実ヘルメット、触覚手袋、ボディセンサーを装着し、自分の体の動き、手の動き、顔の表情をiCub3ロボットにリアルタイムで送信します。

仮想現実技術はオペレーターに環境の 360 度ビューを提供し、触覚グローブはセンサーを通じて手の動きと触覚を捉え、ボディセンサーはオペレーターの全体的な動きを追跡します。

この情報はディープラーニングモデルによってインテリジェントに処理され、オペレーターからロボットへのモーションマッピングを実現し、ロボットがオペレーターの動き、タッチ、表情を高度に復元できるようにします。

実際のシナリオにおける iCub3 のパフォーマンスを検証するために、研究チームは一連の実験を実施しました。

2021年11月、iCub3はヴェネツィア・ビエンナーレ美術展でデビューしました。オペレーターはiCub3ロボットを遠隔操作して展示会を訪問し、安定した遠隔通信と複雑な環境におけるロボットの動きを実現しました。 iFeel センサースーツを着用することで、オペレーターはロボットのさまざまな部分を正確に制御できると同時に、カスタマイズされた触覚デバイスにより、オペレーターは遠隔ハグの感触を感じることができます。実験結果によると、標準的な光ファイバーインターネット接続での通信遅延はわずか約 100 ミリ秒です。

図｜表情リダイレクトとiFeelウォーキング。 A. オペレーターがロボットを直接制御できます。 B. 表現される感情C. iFeel シューズは、オペレーターが地面と交換する力とトルクを測定し、シューズをトラッカー セットとペアにすると、位置も検出できます。 D. モーションインターフェースの意図メカニズムの例。

2022年6月、デジタルイノベーションフェスティバル「We Make Future Show」で、オペレーターはロボットを制御してステージ上でアイテムを受け取ったり運んだりすることに成功し、電磁干渉の大きい環境でも良好なパフォーマンスを発揮しました。特別に設計された触覚デバイスにより、操作者はロボットが運ぶ物体の重さを感知することができ、ロボットはより豊かな表現を通じて観客と対話します。

写真: iCub3 が We Make Future Show デジタル イノベーション フェスティバルで受賞者と交流しています。

2022年11月に開催されたANA Avatar XPrizeコンテストでは、このロボットは体重負荷と時間制限のあるタスクを完了する上で優れた成績を収めました。ロボットの手には、操作する物体の質感を感知できる感覚皮膚が装備されています。競技中、オペレーターは歩行シミュレーションを通じてロボットの動きを制御し、ロボットは効率的で直感的な制御を実証しました。

図｜XPrizeでのiCub3の活躍。 A. パズルのピースを操作する iCub3。 B. 花瓶の質感を調べる iCub3。

これらの実験結果は、iCub3 がさまざまなシナリオで優れた適応性と安定性を発揮し、遠隔操作ロボットの完全な感覚体験をうまく実現できることを示しています。

iCub3 システムの研究上の意義は、遠隔制御技術の開発を促進することだけでなく、ロボット工学技術を研究室から実際のシナリオへと押し進めることにもあります。システムの制限は主に、長距離伝送の時間遅延と特定の環境での電磁干渉に反映されます。しかし、これらの制限は、芸術、娯楽、緊急対応などの分野における幅広い応用の見通しを損なうものではありません。

iCub3 は大きな進歩を遂げましたが、リモート コントロールの完全な感覚体験を実現するプロセスにおいて、まだ突破すべき領域がいくつかあります。

まず、iCub3 ロボット システムを操作するには、オペレーターが複雑なリモート コントロール スキルを習得するための詳細なトレーニングを受ける必要があります。これにより、ユーザーの専門的背景と学習能力に一定の要件が課せられ、このテクノロジーの人気が制限されます。

第二に、標準的な光ファイバーインターネット接続であっても、長距離通信ではシステムで約 100 ミリ秒の遅延が発生します。リアルタイム要件が高い一部のアプリケーション シナリオでは、この遅延がユーザーの操作エクスペリエンスに影響を及ぼす可能性があります。

同時に、システムの完全な感覚体験は、高度な仮想現実ヘルメット、触覚手袋、ボディセンサーなどの機器に依存しています。これらのデバイスの依存性により、特定の環境、特に特別なミッションや緊急事態では、システムを柔軟に適用することが困難になる可能性があります。

さらに、iCub3 を実行するには、特に長距離のシナリオでは大量のエネルギー供給が必要です。これにより、遠隔操作ロボットの長期運用において、一定のエネルギー上の課題が生じます。

最後に、iCub3 はオペレーターの動きや表情をうまく再現しますが、状況によっては、特に複雑な社会的シナリオでは、実際の人間との対面でのインタラクション体験をさらに改善する必要があります。

iCub3、有望な未来

iCub3の躍進に加え、遠隔操作ロボットや完全感覚体験の分野では最近、一連の目を引く研究成果が発表されている。

例えば、医療分野では、セントラルフロリダ大学のサクラ・シカンダー氏のチームが、医師の遠隔操作で手術や検査の作業を行うことができる一連の遠隔医療ロボットの開発に成功しました。この技術は医療資源の合理的な配分に新たな可能性をもたらします。

iCub3 の発売が成功したことにより、今後の研究では、より複雑で要求の厳しいアプリケーション シナリオに対応できるよう、システムのリアルタイム パフォーマンスと安定性の向上に重点が置かれることになります。同時に、人間と機械の協働作業に関する詳細な研究と、その医療、教育、娯楽などの分野への幅広い応用も、将来の研究の重要な方向性となるでしょう。

iCub3 の成功体験は、その後のロボットシステムの研究開発に有益なインスピレーションを与え、社会生活におけるロボット技術のより幅広い応用を促進するでしょう。

論文リンク:

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adh3834

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667099223000269