知能ロボットの現状及び発展（その３）

2016年 8月31日

（その２よりつづき）

2.3 知能ロボットの幅広い応用

　現代の知能ロボットは基本的に、人間の指令に応じて比較的複雑な作業を行うことができるようになっている。深海探査や作戦、偵察、情報収集、緊急対処、サービスなどで、人間ができないまたは負いたくない任務を遂行する。自律的に任務を実行できるだけでなく、人間と協力して任務を行うことや人間の指導の下で任務を行うことができ、さまざまな分野で幅広い応用の可能性を持っている。

　知能ロボットは、作業をする場所の違いに応じて、管内・水中・空中・地上ロボットなどに分けられる。管内ロボットは、パイプラインの使用過程における破裂や腐蝕、溶接部の質などの状況を検査し、悪劣な環境の下でパイプラインの清掃や塗装、溶接、内部の研磨などのメンテナンス作業を担い、地下パイプラインの修復を行うことができる。水中ロボットは、海洋科学研究や海上石油開発、海底鉱物資源調査、海底引き上げ・海難救助などに用いられる。空中ロボットは、通信や気象、災害モニタリング、農業、地質、交通、ラジオ・テレビなどの分野で用いられる。サービスロボットは、半自動または全自動での人類へのサービス提供ができ、このうち医療用ロボットは良好な応用の見通しを示している。人型ロボットは、人類に似た形状を備え、移動機能や操作機能、感知機能、記憶・自律能力を持ち、フレンドリーなマンマシンインタラクションを実現できる。マイクロロボットは、ナノ技術を土台とし、バイオ工学や医学工学、微小電気機械システム、光学、超精密加工、測定（走査型トンネル顕微鏡など）などの方面で広大な応用の見通しを持っている。

　国防分野では、軍用知能ロボットがかつてないほど重視されるようになり、大きく発展している。近年、米国や英国などの国は、第2世代軍用知能ロボットを開発した。その特長は、▽自主制御方式を取っている、▽偵察や作戦、後方支援などの任務を担うことができる、▽戦場において「見る」「嗅ぐ」などの能力を発揮できる、▽地形を自動で追跡して道路を選択できる、▽目標となる敵の自動的な捜索と識別、消滅の機能を備えている――などという点にある。米国の自律ナビゲーションカー「Navplab」、自律地上戦車「SSV」、ロボット「BigDog」などがある。将来の軍事知能ロボットにおいては、知能戦闘ロボットや知能偵察ロボット、知能警戒ロボット、知能工兵ロボット、知能運輸ロボットなどがあり、国防装備の新たな注目点となっている。無人戦闘航空機（UCAVs）は、無人機のアップグレード版であり、戦闘を含む各種任務を遂行できる。BAE Systems Mantisのような現在設計中の無人戦闘機は、自ら飛行し、航路と目標を自ら選び、ほとんどの意思決定を自ら行う能力を持つ。BAE Systems Taranisは、英国が開発した無人戦闘航空機で、飛行員なしで大陸間を飛行でき、偵察を逃れるための新たな手段を持っている。

　サービス面では、世界各国とりわけ西側先進国がこぞって、サービス知能ロボットの研究開発と幅広い応用を進めている。「サービスロボット」の定義は明確ではない。国際ロボット連盟は、「サービスロボットは、半自動または完全自動で稼働し、人類の健康の維持や設備の運行状態のモニタリングを助けるサービスを提供するロボットを指すが、産業向けの操作は含まない」[5]との初期的な定義を行っている。

　例えば清掃ロボットが家庭に入るようになったのは、科学技術の進歩と社会の発展に伴い、面倒な日常の仕事から開放されたいという人々が増えたためである。日本メーカーが開発した地上清掃ロボットは、壁のいかなる位置からも自動で始動し、回転するブラシによってゴミを自らに備え付けられた容器に入れることができる。駅の床清掃ロボットは、洗浄液を地面に噴射し、回転ブラシで地面を洗いながら、汚水を自らに備え付けられた容器に入れる。工場の自動清掃ロボットは、各種工場の清掃に使われる。米国の家庭用清掃ロボット「Roomba」は、高度な自律能力を備え、部屋の家具の隙間を縫って稼働し、清掃作業を巧みに行うことができる。円形で滑らかなスウェーデンの清掃ロボット「Trilobite」は、内部にサーチレーダーを備え、机の足やガラス食器、ペットなどのあらゆる障害物を感知し、回避することができる。障害物がマイクロプロセッサーで識別されると、このロボットは経路を再選択し、部屋全体に対する判断と計算をもう一度行い、部屋の隅々までの清掃を確保する。ロボットは、人間や物体を識別し、会話をし、人の相手をし、環境の質をモニタリングし、呼応や警告を行い、物品を持ち上げるなど、さまざまな有用な任務を遂行できる。多種類の機能を同時に実行することや、一日のうち時刻に応じて異なる役割を演じることもできる。

　ロボットの中には人類の模倣を意図したものもあり、外見的にも人類に似せたものもある。このような種類のロボットは、人型ロボットと呼ばれる。人型ロボットはまだ、非常に限られた段階にある。訪れたことのない部屋でのナビゲーションの可能な人型ロボットはまだない。このため、熟知した環境においてはかなり知能的な動作ができても、人型ロボットの機能と応用は非常に有限的なものとなっている。「FRIEND」に代表される車椅子ロボットなどの半自律ロボットは、高齢者や障害者による日常の作業を援助することができる。人口が高齢化する多くの国、とりわけ日本では、介護の必要な高齢者が増えている一方、高齢者を介護する若者は少ない。最良の介護者は人だが、忙しい彼らに代わって、ロボットが徐々に導入されている。図4の半自律ロボット（車椅子ロボット）「FRIEND」は、食事の準備や介助など、高齢者や障害者の日常生活における活動を支援する。「FRIEND」は、脊椎損傷によるまひや筋肉の疾病、重症の半身不随（中風などが原因）の患者が、治療士や介護士の介助なしに行動することを可能にした。

　教育分野では、早くからロボットが使用されている。1980年代には、亀ロボットが学校に投入され、Logo言語によるプログラミングが用いられた。「レゴ」や「バイオロイド」、「OLLO」、「BotBrain」などの教育ロボットは、子どもたちによる数学や物理、プログラミング、電子などの知識の学習を助けるものとなった。FIRST社も、ロボット競技会の形で、小中高生の生活にロボットを引き入れた。FIRSTは、「ファーストロボットコンペ」「ファーストレゴリーグ」「エレメントレゴトーナメント」「ファーストテクチャレンジ」などを組織した。教育用コンピューター「Leachim」（1974）などまたロボットに似た形状の設備も出現した。「2-XL」（1976）は、8トラックの磁気テープ再生器を持ち、ロボットの形状をした遊戯/教育用の玩具である。これらはFree⁃manが発明した。

　スポーツ競技の面でも、知能ロボットは大きく発展している。近年は、サッカーロボットが世界的に急速に発展し、ロボットサッカーの技術を競う活動も急速に広がっている。世界ロボットサッカー連盟（FIRA）も設立され、多くの地区にも地区協会が設けられ、より正式な活動となり、ある程度の規模と水準を備えるようになっている。ロボットサッカー試合の目的は、サッカーボールを相手のゴールに入れて勝利を収めることである。球場の上空に吊るされたカメラが試合の状況をコンピューターに伝え、予めインストールされたソフトウェアによって適切な決定と対策を行い、無線通信の方式を通じて指揮命令をロボットに伝える。各ロボットは共同で作戦を進め、2チームが対抗し、激しいサッカーの試合が形成される。試合の過程では、ロボットは随時、位置情報を更新する。双方のコーチとシステム開発人員は介入できない。サッカー競技で用いられるロボットとそのシステムは、コンピューター視覚とパターン識別、決定・対策、無線デジタル通信、自動制御・最適制御、知的エージェント設計、電力伝動などの技術を一体化したもので、典型的な知能ロボットシステムと言える。

　ロボットの感情の面でも、近年は急速な発展が見られた。合肥工業大学情感計算・先進知能機器安徽省重点実験室は、感情エスコートロボットの分野で一定の進展を実現し、人型ロボットプラットフォーム上で感情コンピューティングシステムを研究し、国家重点基金プロジェクトの支持の下、心の健康の問題をターゲットとして、汎用とカスタマイズを融合した心的状態遷移ネットワークを構築し、構築した心的状態遷移ネットワークに基づき、マルチモードの感情対処モデルを開発し、対処方法の評価体系を構築した。具体的には、感情ロボット（図5）をプラットフォームとして、心の健康を高めるシステムが開発された。ユーザーのマイクロブログやブログ、対話内容、音声、表情などを通じて、感情のインタラクションを行い、心の健康を感知し、健康指数や心の充実度を計算する。システムには、慰めやお喋りなどの機能が備わっている。研究チームが開発した感情ロボットプラットフォームとそのクラウドシステムの主要機能は、人物の身分と感情の認知、手振りと音声によるインタラクション、人工知能による感情を伴った会話やお喋り、感情のインタラクションなどが含まれる。感情エスコートロボットは、家庭や医療施設で、さまざまな年齢層の人々に対し（とりわけ高齢者のエスコート）、特定の病状（自閉症やうつ病）のリハビリを補助することができる。

図5 感情エスコートロボット

Fig. 5 Emotional robotics escort

　現代の知能ロボットは、上述の各方面で幅広く応用されているだけでなく、人類の生活の隅々にまで浸透している。例えば石炭工業・鉱業においては、石炭に対する社会の需要量が日増しに高まる一方、石炭採掘の環境は悪劣であり、石炭工業・鉱業への知能ロボットの応用は進んでいくものと見られる。建築方面では、高層ビル左官ロボットやプレハブ組立ロボット、内装ロボット、窓拭きロボット、床磨きロボットなどがある。原子力工業の面では、機構が柔軟で、動作が正確で信頼でき、反応がすばやく、重量の軽いロボットなどが主に研究されている。感情エスコート分野のロボットは、レンズやマイクなどのセンサーを通じて、人のリアルタイムの情報を採取し、機械学習とデータマイニングアルゴリズムを通じて、人のリアルタイムの感情の状態を判断し、人の感情の状態に基づき、これに合った表情と様子を合成することにより、人とのリアルタイムでの感情のインタラクションを実現する。知能ロボットの応用分野は日増しに拡大しており、人々は、知能ロボットがより多くの分野で人類にサービスを提供し、人類に代わってより複雑でより高級な作業を行うことを望んでいる。

3 総括

　世界の約50％のロボットはアジア、32％は欧州、16％は北米、1％はオーストラリア、1％はアフリカにある[8]。全世界の40％のロボットは日本にあり[9]、日本は現在、ロボットの保有台数が最多の国である。ロボットがより先進的で複雑なものとなるのに伴い、ますます多くの専門家や学者が、いかなる道徳規範を樹立してロボットの行為を管理すべきか[10]、ロボットはいかなる類型の社会・文化・道徳・法的権利を持つべきか[11]を探求し始めている。ある研究チームによると、2019年にはロボットによる大脳が実現され[12]、またある人は、2050年までにロボットの知能はさらなるブレークスルーを果たすと予測している[13]。最近の発展は、さらに複雑なロボットの動作を実現している[14]。知能ロボットの社会的な影響は、2010年のドキュメンタリー映画「Plug & Pray」のテーマともなった[15]。

3.1 技術の発展動向

　ロボット科学では各種の技術が絶えず出現している。一つの方法は、進化可能なロボット技術で、親ロボットが多くの異なる子ロボットを構築し、計測を通じて最も優れた結果を出すロボットを標準モデルとして次世代ロボットを創造するものである。もう一つの方法は、発達ロボット（Developmental robotics）技術である。この技術は、あるロボットが特定の機能分野の問題を解決する際のロボット内部の変化を追跡し、ロボットの知能を改良するものである。また打ち出されたばかりの「RoboHon」と命名された新型ロボットは、スマートホンともロボットともみなすことのできる機器である[16]。日本は、2025年までにサービスロボットを全面的に商業化することを望んでいる。日本の多くの技術研究は、日本政府の機構、とりわけ経済貿易部門によって指導されている[17]。

　ロボットがますます先進的となる中、ロボットを設計するための標準的なコンピューターオペレーティングシステムが形成される可能性もある。ロボットオペレーティングシステム（ROS）は、オープンソースコードのコード集であり、現在、スタンフォード大学とマサチューセッツ工科大学、ミュンヘン工科大学、ドイツなどによって開発されている。ROSは、ロボットのナビゲーションと肢体のプログラムを書くための方法を提供するもので、これらの方法は、プログラミングにあたって具体的なハードウェアを考慮する必要がない。ROSは、図像の識別さらにはドア開閉などのハイレベルな命令も提供するものとなる。ROSがロボットのコンピューター上で稼働する際には、ロボットの性質に関するデータ、ロボットのアームの長さや運動データなどを取得し、これらのデータをよりハイレベルなアルゴリズムへと伝える。マイクロソフトも、「ロボットウィンドウズ」システムを開発しており、このシステムは2007年にすでに公開されている[18]。キャタピラー社は現在、いかなる人為的操作も要らない自動運転のトラックを製造している[19]。

　知能ロボットは、各産業において広大な発展の見通しを示している。だが中国内外の知能ロボットの研究では多くの成果が実現されたものの、その知能化水準には依然として、大きな向上の余地が見られる。未来の知能ロボットは、次のいくつかの方面での発展が予想される。

（1）任務の遂行にあたっては、現在の人工知能はまだ、知能機器による開放的な任務の遂行を実現する完全な理論と方法を提供するには至っていない。既存の人工知能技術の多くは、特定の分野の知識に依存しており、知能機器による任務の遂行には限界がある。特定の任務に向けた特殊ロボットを発展させる際には、既存の特定分野の人工知能技術がその作用を発揮することができ、この種の知能ロボットの開発が可能となる。

（2）センサー技術と統合技術は、既存のセンサーを土台により優秀で先進的な処理方法とその実現手段を発展させ、また新型センサーを探求し、同時に統合技術を高め、情報の融合を進めることができる。

（3）ロボットクラウドインターコネクト技術は、クラウドインターネット技術を利用し、各種ロボットをコンピューターネットワークに連結するもので、ロボットの知識ベースはクラウドをソースとし、クラウド側は、ネットワークを通じてロボットに対する有効な共同制御を行い、ロボットのクラウドはロボットの学校となる[20]。

（4）ファジー論理や確率論に基づく推論、ニューラルネットワーク、遺伝アルゴリズム、カオスなどを代表とする知能制御システムの計算方法は、従来の計算方法と比べると、ロバスト性やユーザビリティが高く、計算におけるロスが低いなどの長所を持ち、ロボット技術に応用することで、問題解決の速度を高め、多くの変量や非線形システムの問題をより良く処理することができる。

（5）知能ロボットの機械学習。各種の機械学習アルゴリズムの出現は、人工知能の発展を推進した。ディープラーニングや強化学習、蟻コロニー最適化、人工免疫アルゴリズムなどは、ロボットシステムにおいて使用し、人間に似た学習能力をシステムに持たせ、複雑さを日々増す不確定で非構造的な環境に適応することを可能とする。

（6）知能最適化マンマシンインタフェース。マンマシンインタラクションの需要は、簡便化・多様化・知能化・ヒューマニゼーションの方向にますます向かって発展している。このため各種の知能マンマシンインタフェース、例えば多言語音声、自然語言理解、図像認識、ハンドライト認識、さらには生理情報なども含めた研究を進め、異なるユーザーと異なる応用任務により適応し、人間とロボット相互の調和性を高める必要がある。

（7）マルチロボット協調作業。複数のロボットの組織と制御によって、単一のロボットでは遂行できない複雑な任務を共同で完了し、複雑で未知な環境下でリアルタイムの推論・反応を実現し、相互的な群としての決定と操作を行う。

3.2 中国の知能ロボット構築の構想

　現在の知能ロボットは知能水準がまだ高くない。このため今後の知能ロボットの発展においては、各方面の技術とその総合的な応用のレベルを高め、知能ロボットの知能程度や自律性、適応性を高めることがカギとなる。また知能ロボットは多研究領域による共同の取り組みを必要とする。基礎となる技術にとどまらず、心理学や倫理学、社会科学なども動員し、知能ロボットに人類のためになる仕事をさせ、煩瑣で繰り返しの多い危険な作業から人類を解放し、SF作家アシモフの「ロボット工学三原則」で描かれたように、知能ロボットを人類の利益のために使い、人類に反する道具としないようにしなければならない。近い将来には、各業界において多種多様な知能ロボットがあふれるようになるだろう。SF小説の中の情景は科学者らの努力の下で現実となり、人類の生活の質と未知の事物の探究能力を高めることとなるだろう。

　中国の知能ロボットの発展はまだ、世界の先端水準からは遅れを取っている。また知能ロボットは、ハイテクノロジーの集中した産物であり、重要な発展価値を持っている。そのため中国は、知能ロボット分野での状況をはっきりと認識し、発展目標を明確化し、中国の国情に合った実行可能な発展対策を取り、世界の先端水準との差を縮め、知能ロボットが早期に社会発展のために全面的に使われるよう努力しなければならない。政府が知能ロボットを重視し人材と予算を投入し、科学技術従事者がたゆまぬ努力を続けて、中国の知能ロボットの発展水準が新たな高みに到達することを信じている。中国はロボットを、その優位の形成と戦略産業発展の突破口としなければならない。知能ロボットに関しては、家庭用サービスロボットに代表されるように、自律的な感知や人間らしい動作を備えさせ、人と道具を共有するようにし、ロボットとロボット、ロボットと人との共同進化を実現し[20]、感情を含めた自然言語で人とインタラクションできるようにする必要がある。

（おわり）

※本稿は任福継、孫暁「智能機器人的現状及発展」（『科技導報』第33巻第21期、2015年11月，pp.32-38）を『科技導報』編集部の許可を得て日本語訳・転載したものである。記事提供：同方知網（北京）技術有限公司