ロボットのバクスターの仕組み

ロドニー・ブルックスは多忙なロボット工学者の一人です。彼は 1984 年にマサチューセッツ工科大学 (MIT) の学部に加わり、最終的にはコンピューター サイエンスおよび人工知能研究所の所長になりました。 1990 年にまだそこにいたとき、彼はより実践的なロボット工学の仕事に戻るために、2 人の生徒とiRobot を共同設立しました。その会社は最終的に、ルンバやその他の家庭用掃除ロボットを世界中の何百万もの家庭に導入し、はるかに優れた価格帯でわずかな競争を勝ち抜いた。

その成功の後、ブルックス氏はロボット工学で別の業界に革命を起こしたいと決心し、アイロボットとMITから辞任し、Rethink Robotics (旧Heartland Robotics)という新会社を設立した。 Rethink は、製造業により多くのロボットを導入することを目指しています。製造業者はすでに重工業用ロボットを大量に使用しています。産業用ロボットは、材料やツールを操作してさまざまな製造作業を実行するようにプログラムできる動く機械です。これらは、自動車の製造やその他の多くの商品の生産を自動化するために使用されます。一般に、これらは購入、プログラム、保守に非常に高価であるため、よほどの大手メーカー以外は手に入れることができません。このようなロボットは非常に正確かつ高速ですが、新しい環境に簡単に適応できず、生命や手足を危険にさらすことなく人間の近くで作業することはできません。

そこでブルックス氏と彼の会社は、小規模メーカーが購入でき、現在人間が行っている日常的な作業を自動化するために使用できる、安価で適応性のあるロボットの開発に着手した。そして彼らの研究は、人間の作業環境に安全に設置でき、技術者でなくてもさまざまな反復作業を実行できるように簡単に訓練できる 22,000 ドルのロボット、Baxter のリリースによって結実しました。

バクスターを動かす物理的コンポーネントは何ですか?

バクスターはやや人型のロボットですが、人間にアピールするためだけにこのように作られたわけではありません。そのすべての部分が目的を果たします。タブレットに似たコンピュータ スクリーンのヘッドがあり、その上でアニメーションの漫画のような目と眉が表情を変え、近くの作業者に直観的なメッセージを伝えます。これらの表現には、待機中の目を閉じた状態も含まれます。学習を開始する準備ができているときの中立性（目を大きく開き、眉を目と平行にする）、学習途中の集中力（目を大きく開き、眉を中心に向かって斜めに下げる）、問題なく作業しているときの集中力（目）下を向き、眉毛が中央に向かって下がっている）、人が近くに来たときの驚き（瞳孔が開いた大きな目、眉毛が上がっていて、オレンジ色のスクリーンの背景）、課題で問題を抱えているときの混乱（広い目で片眉が反転し、オレンジ色のスクリーンの背景）両方外側に向かって下に傾いている）問題があり、課題に取り組むことを放棄したときの悲しみ（両目で下を向き、眉が逆さまで外側に傾いている）。バクスターの目は、近くで働いている人への警告として、腕の 1 つが動こうとしている方向にも動きます。

胴体には、肩からエンドエフェクター プレートまでの長さ 41 インチ (104 センチメートル) の 2 本のアームが取り付けられています。エンドエフェクター プレートには、さまざまな目的を果たす交換可能なエンドエフェクター、つまり「手」が取り付けられています。 Baxter には、真空カップと指のようなものを備えた電動平行グリッパーの 2 種類のハンドが付属しています。カップやフィンガーは他のものと交換することもでき、サードパーティが新しいタイプのエンドエフェクターを開発することが期待されています。各アームには 7 つの自由度があり、必要に応じて連携して動作することも、互いに独立して動作することもできます。これは、バクスターを 2 つのコンベア ベルトの間に置き、両方で動作させることができることを意味します。アームもコンプライアントです。これはロボット工学の用語で、完全に硬直して方向を変えることができないのではなく、遭遇するあらゆる障害物を感知して調整できることを意味します。片方の腕をつかんだり、押したり、ぶつけたりすると、固定されたままではなく、力を与えてしまいます。このコンプライアンスは、関節を直接制御するのではなく、モーターとギアボックスが関節を駆動するスプリングを制御する直列弾性アクチュエータを使用することによって可能になります。各アームの剛性を一般的なロボット アームよりも低くしているのはバネであり、アームに作用する力を測定するためにも使用されます。

バクスターの何かとの接触を感知する能力は、安全上の理由から役立ちます。 Baxter には 360 度ソナー センサーと 5 台のカメラも搭載されています。そのソフトウェアは、これらのハードウェア デバイスを使用するように設計されており、バクスターは事実上、周囲の領域にあるものを感じたり見たりして、それに応じて動作を調整できるようになりました。誰かが近づいてきたことを感知すると、バクスターは驚いた表情を見せ、動きを緩めます。不意に何かや誰かにぶつかると、完全に動きが止まります。そして、何らかの理由で電力が遮断されると、バクスターの腕はゆっくりと緩みます。そのアームには、バックドライブ可能なモーター、パッド入りのカバーが備わっており、安全性を高めるためにピンチポイントがありません。万が一に備えて緊急停止ボタンも付いています。そして、カメラは安全のためだけのものではありません。これらにより、Baxter は作業領域内で操作する必要があるオブジェクトを検出できるようになります。

他の多くのロボットと同様に、バクスターには脚がないため、自力で移動することができません。 1 か所に取り付けることも、オプションの車輪付き台座に置いて必要な場所に転がすこともできます。バクスターの高さは台座なしで 37 インチ (94 センチメートル)、台座ありの場合は 70 インチ (178 センチメートル) から 75 インチ (191 センチメートル) になります。その重量は、台座を除いた人間の 165 ポンド (75 kg) に匹敵します。台座の重量は 141 ポンド (64 kg) 増加します。

Baxter には、イーサネット ジャック、 USB タイプ A ポート、他のデバイスとインターフェースするための PLC 準拠接続を備えた 15 ピン D-sub などの入出力 ( I/O ) 接続もあります。ロボットは一般的な 120 ボルトのコンセントに接続できます。

バクスターに何ができるのか？

運用能力に関しては、Baxter の最大ペイロードは約 5 ポンド (2.3 キログラム) で、速度はペイロードに応じて毎秒 2 ～ 3.3 フィート (毎秒 0.6 ～ 1 メートル) です。両腕を使用して、1 分間に最大 12 回のピック アンド プレース操作を実行できます。 Baxter は、華氏 32 ～ 104 度 (摂氏 0 ～ 40 度) の温度で動作すると評価されています。

Baxter は、工場現場で人間が通常行うさまざまな反復作業を処理できるように設計されています。 Rethink によると、これらのタスクには次のものが含まれます。

Baxter をトレーニングするには、人は腕を物理的に動かし、腕にあるナビゲーター ボタンを使用して画面から選択を行います。オブジェクトを拾ったり配置したりするようにプログラムしたいとします。まずロボットの手首をつかんで、トレーニング中であることをロボットに知らせます。次に、そのエンドエフェクタをアイテムの上に配置します。カメラがアイテムを中心にして画面に表示されます。クリックして、それがバクスターに拾ってもらいたいアイテムであることを確認します。 Baxter がそれを拾った後、目的地の上にそのアームを置き、クリックして確認します。目的地が箱の場合、バクスターが商品を受け取り、箱に入れます。トレーニングが終了すると、バクスターは、掴むオブジェクトがある限り、事前の指示に基づいてアイテムを掴んだり配置したりし続けます。 Baxter はアイテムの位置や方向の変化に合わせて調整できるため、アイテムが同じ相対領域に留まっている限り (たとえば、アイテムがベルトコンベアを降りてくる間)、Baxter は問題ありません。トラブルが発生すると、それに応じて表情が変化し、人間が介入することができます。

Baxter には現在、かなりの基本的な組み込み機能が備わっていますが、Baxter の機能を向上させるために定期的にソフトウェア アップデートをリリースする計画があります。ロボットのソフトウェアは、オープンソース BSD Unix ベースの OS であるROS (ロボット オペレーティング システム) と、ロボットのプログラミングに特化した特殊なドライバー、ライブラリ、およびその他のツールのセットを含むソフトウェア、 OpenCV (オープン ソース コンピューター ビジョン ライブラリ) をベースにしています。コンピューター ビジョンと機械学習アルゴリズムを含むライブラリ。ソフトウェア開発キット( SDK ) は、2013 年中に Rethink によってリリースされ、企業やロボット愛好家によるサードパーティ プログラミングによるより複雑な機能の将来の開発を可能にします。 Baxter は、ハードウェアとソフトウェアのアドオンを通じて将来の改善の余地がたくさんある拡張可能なプラットフォームになるように設計されました。

Baxter は他の産業用ロボットとどう違うのですか?

Baxter と他の産業用ロボットの大きな違いの 1 つは価格です。ほとんどの産業用ロボットの購入には 10 万ドル以上の費用がかかり、プログラマーがロボットを制御するコードを記述する必要があるため、保守と運用にはさらに多くの費用がかかります 。また、一般に、効率的に作業し人間の安全を守るために、専門的な環境を構築する必要があるため、エンジニアリングと建設のコストも考慮する必要があります。これには、短期および長期の両方で多額の投資が必要となり、場合によっては合計数十万ドルに達する可能性があります。

一方、Baxter の基本モデルの価格は 22,000 ドルで、これには 1 年間の保証と 1 年間のソフトウェア アップグレードが含まれます 。追加料金を支払えば、3年間の保証も付けることができます。 Rethink は、設計プロセス中にコストを念頭に置き、部品サプライヤーと協力して製品がバクスターにどのような機能をもたらすかを決定することで、価格を低く抑えることができました。プラスチックパーツもたくさんあります。 Baxter はコストが低いため、現在ロボットによる自動化を行う余裕がない中小企業でも利用できるはずです。 Rethink は、運用コストは 1 時間あたり約 4.00 ドルになると見積もっています。

また、バクスターでは、高レベルの技術スタッフが数日、数週間、または数か月かけてプログラミング (コードまたは押しボタン ペンダントの使用による) を費やす必要がなく、ほとんどの産業用ロボットよりもはるかに少ない専門知識と指導時間が必要です。顔の表情や画面に表示されるプロンプトを通じて、いくぶん直感的なユーザー インターフェイスを備えています。技術者ではない人でも、腕の動きと簡単なボタンを押すだけで何をすべきかを教えることができ、30 分程度で新しいタスクを習得できます。組み立てやセットアップもほとんど必要ありません。 Baxter を箱から取り出して起動して実行するには、わずか 1 時間ほどしかかかりません。

安全性と柔軟性にも大きな違いがあります。他の典型的な産業用ロボットは、その硬直した高速かつ強力な動きによって誰かが怪我をしたり死亡したりしないように、檻の中に入れておくか、人間から隔離して保管する必要があります。彼らの作業環境は、人間が占有する既存の環境に合わせるのではなく、彼らを中心に設計される必要があります。 Baxter は、安全機能が組み込まれているため、人を傷つけるリスクを負うことなく、人間と一緒に作業することができます。さまざまなセンサーのおかげで周囲に適応することができ、一定レベルの常識を持つようにプログラムされています。たとえば、物体を落とした場合、動作を続ける前に停止して別の物体を回収する必要があることを認識しています。また、コンベアベルトが加速または減速した場合、それに応じて調整できます。 Baxter の適応性と安全性により、大騒ぎすることなく既存の組立ラインに投入することができます。

Baxter には、既存の工場ロボットほど高速でも正確でもないという点でいくつかの制限があり、重量物を持ち上げることはできません。超人よりも人間の方が得意です。これは、既存のロボットを置き換えるのではなく、Baxter を使用して新しい役割を果たし、現在の手動だが日常的なタスクを比較的安価に自動化できることを意味します。

バクスターのせいで人間が失業する可能性はあるでしょうか?

私たちの文献の多くは、ロボットが凶暴化して私たちを殺したり奴隷にしたりするのではないかという私たちの恐怖を反映しています。 Baxter のようなワークボットでは、多くの機能を備えていますが、知覚力が欠けているため、そのようなことは考えられません。バクスターは自分で「考える」ことができません。しかし、より合理的な懸念は、人々が失業するのではないかということである。失業をもたらすものとしての自動化に対する不信感は今に始まったことではなく、機械化時代を通じて抗議活動を引き起こしてきた。このような抗議活動の 1 つは、1700 年代後半にフランスで機械織機が導入されたときに起こりました。映画「スタートレック VI」で聞いたことがあるかもしれません。仕事を恐れた繊維労働者が織機を止めるために木製のサボ（靴）を投げ込んだことから、サボタージュという言葉が生まれました。

確かに、これまで人間が行っていた多くの仕事は機械に取って代わられています。 1800 年代、ほとんどの仕事は農業でしたが、産業革命により新しいテクノロジーが導入され、機械やオートメーションを使って商品や農業さえも大量生産するようになりました。時間が経つにつれて、これによりほとんどの人々の仕事が完全に変わり、私たちは農場から工場やオフィスへと移りました。

貧困に追い込まれた炭鉱コミュニティのように、こうした技術革新が失業を引き起こすこともあったため、必ずしも良いニュースではなかった。彼らはまた、多くの人々を新鮮な空気から追い出し、過酷な低賃金の工場勤務に導いた。しかし、機械化の結果、機械の操作、プログラム、メンテナンスに必要な技術者のような、賃金が向上し、身体的負担が軽減される仕事も生まれています。現在、自動車工場の作業の 80% は自動化されており、この変化により、残りの自動車工場労働者にとって、仕事の負担は減り、以前より満足のいくものになりました。

機械の自動化がなければ、現代の高度なテクノロジーの時代に私たちをもたらした小さな部品を大量生産することはできなかったでしょう。私たちは、雇用情勢を大きく変えたもう一つの発明である、コンピューターを実行する小型化と高性能化が進むマイクロチップを作ることはできなかっただろう。私たちの多くは現在、請求書の支払い、税金の申告、航空券の購入などをコンピューターで行っており、郵便、税務、旅行の専門家などと直接やり取りする必要が減りました。以前はボタンをクリックするなど人間の介入が必要だった雑務を処理し始めると、仕事は変化します。そして自動化できるものには終わりがありません。専門の報道機関向けにスポーツや株式の記事を書くソフトウェアもあります。このような完全な記事が次になる可能性があります。

バクスター氏は工場ラインの労働者の一部を置き換える可能性がある。 Rethink は、その現在の機能を利用して、Baxter が米国の約 80 万人が従事する単純なマテリアルハンドリングの仕事を処理できると推定しています 。価格が安いということは、人件費が 1 年程度で回収できることを意味します。さらに、バクスターは長期間ノンストップで作業できます。しかし、ロボットは人間が行う仕事を、最も単純な組み立てライン作業から、ロボットのトレーニングやメンテナンスなどのより良い仕事に変えるだけかもしれない。そして、バクスターが集められる以上に熟考を必要とするタスクがたくさんあります。ロボットのライン作業員は、遅番勤務など、人間が就くのが難しいポジションや、反復的なストレスによる損傷を引き起こしたり、有害なガスやその他の危険な状況に人をさらしたりする仕事にも適しています。

低コストの産業用ロボットは、海外の低賃金労働者と競争できるだけの費用対効果を備えているため、米国の製造分野を活性化する可能性があり、その結果、地元工場の増加とアウトソーシングの削減につながる可能性がある。 60年代と70年代の自動車産業やエレクトロニクス産業の場合と同様に、米国は日本のような国よりも自動化が遅れて実際に雇用を失った。米国の製造業者が産業用ロボットをさらに導入しなければ、他の国の企業が導入して、より安価に物を生産する能力を獲得または保持する可能性がある。安価なロボットへのアクセスが増えれば、労働者は肉体労働から解放され、より多くの企業が今日の世界経済で効果的に競争できるようになる可能性がある。

さらに、必ずしも必要ではない仕事の進行を遅らせるべきではないでしょう。コンピューターとロボットにより、人間がこれまで達成できなかった速度と精度で計算やタスクを実行できるようになり、さらなるイノベーションが生まれました。私たちは、地球の裏側に保存されている情報をインターネットで瞬時に検索したり、火星に探査ロボットを派遣して送り返してくるデータを監視したりすることができます。より多くの機能を備えたロボットの存在は、現時点では私たちにも起こっていないイノベーションにつながる可能性があります。

産業用ロボットの潜在的な未来

1980 年代、米国で稼働している産業用ロボットはわずか数千台でした 。現在、世界中で数十万人、そして百万人以上がいます。彼らの多くは自動車業界で働いており、車の移動、切断、穴あけ、溶接、塗装、その他の組み立てに携わっていますが、他のほぼすべての業界でも雇用されています。使いやすさと低価格により、バクスターはルンバが家庭用ロボットで行ったことと同じことを産業用ロボットで実現し、さらにその数を増やす可能性があります。

Baxter は、従業員数が 500 人以下の約 27 万社の中小規模の製造業者をターゲットにしています 。その規模の企業が、ワークスペースの再設計とそれを実行する IT 担当者を必要とするロボットに数十万ドルを投資できる可能性は低いですが、Baxtermight は手の届くところにあります。そして、そのような企業では、ロボットの最初の評判は良好でした。射出成形会社である Nypro と Vanguard Plastics は、Baxter をテスト走行し、自社の工場での稼働に関心を示しています。また、大企業は、現在手動​​で行っているタスクをコスト効率よく自動化するためにこれを検討することもできます。

バクスターは街で唯一の獲物ではありませんが、おそらく彼が最も安価です。他にも同様の市場に参入しようとしているロボット企業がいくつかあります。川田工業のネクステージロボットは、バクスターと同様に人間と一緒に作業できる双腕の人型組立ロボットです。より正確ですが、コストは 100,000 ドル近くかかります。したがって、近い将来、より多くのロボットを人間と一緒に働くビジネスに導入するための選択肢はたくさんあるでしょう。

私たちが社会経済的問題を解決して、私たち全員が有利な雇用を維持できるのであれば、この新しい技術革命により、私たち自身やロボットの同僚ができる新しく創造的なことを考え出すことができるでしょう。ロボットがより望ましくないタスクや困難なタスクを引き継ぐことができれば、人類の達成には限界がありません。私たちの多くは、思考のない生産から知識労働に移行することができます。ロボットは、手術、X線スキャン、爆弾探知、捜索救助作業の支援など、非工業分野にも進出している。用途が増えるにつれ、需要も高まります。おそらく、ロボット工学自体の分野で、私たち全員が将来就くべき仕事があるでしょう。

著者のメモ: ロボット Baxter の仕組み

ロボットはクールで、何度読んでも飽きません。いつか作るかも知れません。私はほこりをかぶっている古い LEGO Mindstorms キットと、新しい Raspberry Pi コンピューターを 2 台持っています。始める前に、時間を確保して、さらにいくつかのアイテム (ロボット工学の本など) を購入するために銀行口座を使い切る必要があります。

しかし、私の調査で判明した驚くべきことの 1 つは、記事を書くソフトウェア アプリケーションが存在するということでした。プログラムが読みやすいストーリーを生成できる段階にすでに達しているとは思いもしませんでした。スポーツや株の評価を超えて進歩すれば、仕事が自動化されることがどのような感じかをすぐに知ることができるかもしれない。

Baxter のようなロボットのユーザーフレンドリーなプログラミング機能が他の分野でも普及すれば、私のもう 1 つの職業であるコンピューター プログラミングも安全ではなくなるかもしれません。おそらく、私のもう一つの職業である小説執筆は、人工知能がエミュレートするのが難しいでしょう。しかし、有料の仕事に変えるのはさらに難しいことでもある。これをすべてうまくいくためには、資本主義から何らかの形のユートピアに切り替える必要があるかもしれません。

それでも、私はテクノロジーの進歩、特にロボット工学によって単調な仕事を仕事から取り除くことには大賛成です。もっと良い時間を過ごす方法があります。たとえば、新たに運動不足が生じてだらだらと過ごすことを防ぐために運動したり、差し迫った転職に備えて勉強したりすることです。