自律型ロボット

自律型ロボットとは、人間の制御に頼らずに動作するロボットです。歴史的な例としては宇宙探査機が挙げられます。現代の例としては、自動運転の掃除機や自動車が挙げられます。

工場内の組立ラインで稼働する産業用ロボットアームも自律型ロボットとみなされるが、高度に構造化された環境と移動能力の欠如により自律性は制限されている。

完全な物理的自律性を実現するための第一の要件は、ロボットが自らの面倒を見る能力です。現在市場に出回っているバッテリー駆動のロボットの多くは、充電ステーションを見つけて接続することができ、ソニーのAiboなどのおもちゃの中には、バッテリーを充電するために自動でドッキングできるものもあります。

自己メンテナンスは「固有受容」、つまり自分自身の内部状態を感知することに基づいています。バッテリー充電の例では、ロボットは固有受容によってバッテリー残量が少ないことを感知し、充電器を探します。もう 1 つの一般的な固有受容センサーは、熱監視用です。ロボットが人の近くや過酷な環境で自律的に動作するには、固有受容の向上が必要です。一般的な固有受容センサーには、熱、光学、触覚の感知、およびホール効果(電気) があります。

外受容とは、環境に関するものを感知することです。自律型ロボットは、タスクを実行し、トラブルを回避するために、さまざまな環境センサーを備えている必要があります。自律型ロボットはセンサーの故障を認識し、故障によるパフォーマンスへの影響を最小限に抑えることができます。^[1]

• 一般的な外部受容センサーには、電磁スペクトル、音、触覚、化学物質（匂い、におい）、温度、さまざまな物体までの範囲、高度などがあります。

ロボット芝刈り機の中には、芝が完璧に刈られた状態を維持するために、必要に応じて芝の成長速度を検知してプログラミングを調整するものがあり、また、掃除ロボットの中には、吸い込まれたゴミの量を感知してその情報を基に、同じ場所に長く留まるよう指示するゴミ検知器を備えたものもあります。

自律行動の次のステップは、実際に物理的な作業を実行することです。商業的に有望な新しい分野は家庭用ロボットで、 2002 年にiRobotとElectroluxが発売されて以来、小型の掃除ロボットが大量に登場しています。これらのシステムの知能レベルは高くありませんが、接触センサーと非接触センサーを使用して、広い範囲を移動し、家の周りの狭い場所でも操縦します。これらのロボットは両方とも、独自のアルゴリズムを使用して、単純なランダムな跳ね返りよりもカバー範囲を広げています。

自律的なタスクパフォ​​ーマンスの次のレベルでは、ロボットが条件付きタスクを実行する必要があります。たとえば、セキュリティロボットは侵入者を検出し、侵入者がどこにいるかに応じて特定の方法で反応するようにプログラムできます。たとえば、Amazon（企業）は、2021年9月にホームモニタリング、セキュリティ、高齢者ケア用のAstroを発売しました。^[2]

ロボットが行動を場所と関連付ける（位置特定）ためには、ロボットが自分の位置を認識し、2地点間を移動できる必要がある。このような移動は1970年代に有線誘導から始まり、2000年代初頭にはビーコンベースの三角測量へと進歩した。現在の市販ロボットは、自然の特徴を感知して自律的に移動する。これを実現した最初の市販ロボットは、PyxusのHelpMate病院ロボットとCyber​​Motion警備ロボットで、どちらも1980年代にロボット工学の先駆者によって設計された。これらのロボットは当初、手動で作成したCADフロアプラン、ソナー感知、壁沿いのバリエーションを使用して建物内を移動していた。2004年に発表されたMobileRobotsのPatrolBotや自律型車椅子^{[3]などの次世代ロボットは、}建物の独自のレーザーベースの地図を作成し、開けた場所や廊下を移動する機能を備えている。それらの制御システムは、何かが道を塞いでいる場合、その場で進路を変更する。

当初、自律ナビゲーションは、レーザー距離計などの平面センサーに基づいていましたが、これは 1 つのレベルでしか感知できませんでした。現在、最も高度なシステムでは、位置特定とナビゲーションの両方にさまざまなセンサーからの情報を統合しています。Motivity などのシステムは、その時点で最も信頼性の高いデータを提供するセンサーに応じて、さまざまなエリアのさまざまなセンサーに依存し、建物を自律的に再マッピングできます。

高度に特殊化されたハードウェアを必要とする階段を登る代わりに、ほとんどの屋内ロボットは、エレベーターや電子ドアを制御しながら障害者用エリアを移動します。 ^[4]このような電子アクセス制御インターフェースにより、ロボットは屋内を自由に移動できるようになりました。現在、自律的に階段を登ったり、手動でドアを開けたりすることが研究対象となっています。

こうした屋内技術がさらに発展するにつれ、掃除ロボットはユーザーが指定した特定の部屋やフロア全体を掃除する能力を獲得するだろう。警備ロボットは協力して侵入者を取り囲み、出口を遮断できるようになる。こうした進歩は同時に保護ももたらす。ロボットの内部マップでは通常、「立ち入り禁止区域」を定義して、ロボットが特定の領域に自律的に進入するのを防ぐことができる。

屋外での自律性は、障害物が少ない空中で最も簡単に達成できます。巡航ミサイルは、かなり危険な高度自律ロボットです。パイロットのいないドローン航空機は、偵察用にますます使用されています。これらの無人航空機（UAV）の中には、着陸時に人が無線リモートコントロールを使用して介入する場合を除き、人間の介入なしにミッション全体を飛行できるものがあります。ただし、一部のドローンは安全な自動着陸が可能です。SpaceXは、海上でファルコン9ロケットを安全に着陸および回収するために使用される自律宇宙港ドローン船を多数運用しています。 ^[5]

屋外での自律走行は、地上車両にとって、以下の理由から最も困難です。

• 3次元地形
• 表面密度の大きな差
• 天候の緊急事態
• 感知された環境の不安定性

自律ロボットには、AIの一般的な追求の一部というよりも、その分野特有の未解決の問題がいくつかあります。George A. Bekeyの「自律ロボット：生物学的インスピレーションから実装と制御まで」によると、問題には、ロボットが正しく機能し、自律的に障害物にぶつからないようにすることなどが含まれます。強化学習は、特にロボットのグループが互いに協力して動作する場合、自律ロボットの制御とナビゲーションの計画に使用されています。^[6]

エネルギーの自立と採集

真の人工生命の創造に関心を持つ研究者は、インテリジェントな制御だけでなく、ロボットが採餌（エネルギーとスペアパーツの両方を含む食料の探索）を通じて自らの資源を見つける能力にも関心を持っています。

これは、行動生態学、社会人類学、人間の行動生態学、ロボット工学、人工知能、人工生命などの科学における関心事である自律的な採餌に関連しています。^[7]

自律型ロボットの能力と技術レベルが向上するにつれて、最新の進歩に対する社会的認識とニュース報道が増加し、自律型ロボットの役割と活動から生じる哲学的問題、経済的影響、社会的影響も増加しています。

著名なビジネスエグゼクティブであり億万長者であるイーロン・マスク氏は、自律型ロボットの潜在的な危険性と落とし穴について長年警告してきました。しかし、彼の会社は、この分野で新しい高度な技術を考案しようとしている最も著名な企業の一つです。^[8]

2021年、特定通常兵器使用禁止制限条約-自律型致死兵器システムに関する政府専門家グループとして知られる国連の政府専門家グループは、自律型ロボットが武器を扱い軍事的役割を果たすためのますます高度な技術から生じる倫理的な懸念を強調する会議を開催しました。^[9]

最初の自律型ロボットはエルマーとエルシーと呼ばれ、1940年代後半にW・グレイ・ウォルターによって製作された。これらは生物の脳のように「考える」ようにプログラムされ、自由意志を持つように設計された最初のロボットだった。^[10]エルマーとエルシーは、その形状と動き方からカメとよく呼ばれた。光刺激に反応して起こる動きである走光性があった。 ^[11]

火星探査車MER-AとMER-B (現在はスピリット探査車とオポチュニティ探査車として知られている) は、次の方法で太陽の位置を発見し、目的地までの独自のルートをその場でナビゲートしました。

• 3Dビジョンで表面をマッピングする
• 視野内の表面上の安全領域と危険領域を計算する
• 安全エリアを横切って目的地までの最適な経路を計算する
• 計算されたルートに沿って運転する
• 目的地に到達するか、目的地までの経路が不明になるまでこのサイクルを繰り返す

計画中のESAローバー、ロザリンド・フランクリンローバーは、視覚に基づく相対位置特定と絶対位置特定が可能で、以下の方法で安全かつ効率的に目標までの軌道を自律的にナビゲートします。

• ステレオカメラ2台を使用してローバー周囲の地形の3Dモデルを再構築
• 地形の安全エリアと危険エリア、およびローバーが地形を移動する際における一般的な「難しさ」を判断する
• 安全なエリアを横切って目的地までの効率的な経路を計算する
• 計画された経路に沿ってローバーを運転する
• 過去のナビゲーションデータすべてからナビゲーションマップを構築する

2016年に行われたNASAの最後のサンプルリターンロボットセンテニアルチャレンジでは、カタグリフィスと名付けられたローバーが、完全自律ナビゲーション、意思決定、サンプル検出、回収、リターン機能を実証しました。^[12]ローバーは、 GPSや磁力計を使用する代わりに、慣性センサー、ホイールエンコーダー、ライダー、カメラからの測定値を融合してナビゲーションとマッピングを行いました。2時間のチャレンジ中、カタグリフィスは2.6km以上を移動し、5つの異なるサンプルを開始位置に持ち帰りました。

Seekurロボットは、空港、公益事業施設、矯正施設、国土安全保障省などでの一般的な使用のためにMDARSのような機能を実証した最初の市販ロボットでした。^[13]

DARPAグランドチャレンジとDARPA アーバンチャレンジは、地上車両のさらなる自律機能の開発を奨励してきましたが、これは 1990 年以来、AUVSI国際航空ロボット競技会の一環として航空ロボットの実証された目標でした。

2013年から2017年にかけて、TotalEnergiesは石油・ガス生産現場向けの初の自律型ロボットを開発するためにARGOSチャレンジを開催した。ロボットは雨、風、極端な気温などの屋外の悪条件に耐えなければならなかった。^[14]

現在注目されているロボットには次のようなものがあります。

• ソフィアは自律型ロボット^{[15] [16]}であり、以前のロボットの変種と比較して、人間のような外観と動作で知られています。2018年現在、ソフィアのアーキテクチャには、スクリプトソフトウェア、チャットシステム、および一般的な推論用に設計されたAIシステムであるOpenCogが含まれています。 ^[17]ソフィアは人間のジェスチャーと表情を模倣し、特定の質問に答えたり、事前に定義されたトピック（天気など）について簡単な会話をしたりすることができます。^[18] AIプログラムは会話を分析し、将来の応答を改善できるようにするデータを抽出します。^[19]
• ハンソン・ロボティクス社によって作られた他の9体のヒューマノイド型ロボット「兄弟」。^[20]ハンソン社のロボットには、アリス、アルバート・アインシュタイン・ヒューボ、BINA48、ハン、ジュール、アインシュタイン教授、フィリップ・K・ディック・アンドロイド、ゼノ、^[20]、ジョーイ・カオスがいる。^[21] 2019年から20年頃、ハンソン社は、Python、Blockly、Raspberry Piのサポートを含め、子供たちにコーディングを教えることができる仲間として「リトル・ソフィア」をリリースした。^[22]

自律型致死兵器（LAW）は、プログラムされた制約と説明に基づいてターゲットを自律的に探索し、攻撃することができる自律型ロボット軍事システムの一種である。 ^[23] LAWは、自律型致死兵器システム（LAWS）、自律型兵器システム（AWS）、ロボット兵器、キラーロボット、スローターボットとも呼ばれる。^[24] LAWは空中、陸上、水上、水中、宇宙で作動する。2018年時点での現在のシステムの自律性は、^{[アップデート]}人間が攻撃の最終命令を出すという意味で制限されていたが、特定の「防御」システムには例外がある。

• UGV相互運用性プロファイル（UGV IOP）、ロボット工学および自律システム - 地上IOP（RAS-G IOP）は、もともと米国国防総省（DoD）が無人地上車両（UGV）のオープンアーキテクチャ 相互運用性標準を整理および維持するために開始した研究プログラムでした。^{[25] [26] [27] [28]} IOPは当初、米国陸軍ロボットシステム統合プロジェクトオフィス（RS JPO）によって作成されました。^{[29] [30] [31]}
• 2019年10月、テキストロン社とハウ・アンド・ハウ社はリップソーM5車両を発表し、^[32] 2020年1月9日、米陸軍は両社に中型ロボット戦闘車両（RCV-M）プログラムの契約を授与した。4台のリップソーM5プロトタイプが納品され、2021年後半に中隊レベルで使用され、無人車両を地上戦闘作戦に統合する可能性を判断する予定である。 ^{[33] [34] [35]}この車両は時速40マイル（64km/h）以上に達し、戦闘重量は10.5トン、積載量は8,000ポンド（3,600kg）である。^{[36] RCV-Mは}、30mm機関砲と対戦車ミサイル2発を装備している。標準装甲パッケージは12.7×108mm弾に耐えることができ、オプションの追加装甲により重量は最大20トンまで増加します。無効化された場合でも、射撃能力は維持され、センサーと無線アップリンクは優先的に送信を継続し、主な機能となります。^[37]
• クラッシャーは、カーネギーメロン大学の国立ロボット工学センターの研究者がDARPAのために開発した、13,200ポンド（6,000 kg）^[38]の自律型オフロード無人地上戦闘車両です。^[39]これは、以前のスピナー車両の後継機です。^[40] DARPAのクラッシャーの技術的名称は、無人地上戦闘車両および知覚統合システムであり、^{[41]プロジェクト全体は、} Unmanned Ground Combat Vehicle PerceptOR Integrationの略であるUPIの頭字語で知られています。^[39]
• CATS Warriorは、陸上および海上で空母から離着陸が可能な自律型僚機ドローンであり、母艦のような役割を果たすTejas、Su-30 MKI、JaguarなどのIAFの既存の戦闘機プラットフォームと連携します。 ^[42]
• ウォーリアーは主にインド空軍での使用を想定しており、インド海軍向けに同様の小型バージョンが設計される予定。母艦によって制御され、偵察、敵の攻撃の吸収、必要に応じて内部および外部のパイロン兵器による標的への攻撃、あるいは標的への衝突による犠牲などの任務を遂行する。
• SGR-A1は、サムスンテックウィン（現ハンファエアロスペース）と高麗大学が共同で開発した自律型哨戒銃の一種で、韓国軍の非武装地帯での支援を目的としている。監視、追跡、射撃、音声認識などの統合システムを備えた初のユニットとして広く考えられている。^[43] SGR-A1のユニットが配備されたと報告されているが、プロジェクトが「極秘」であるため、その数は不明である。^[44]

Tesla RobotとNVIDIA GR00Tはヒューマノイドロボットです。

配達ロボットは、商品を配達するために使用される自律型ロボットです。

2022年7月27日に公開された自動充電ロボットは、アーム型の自動充電ロボットで、電気自動車を充電します。2021年から現代自動車グループの本社で試験運用されています。ディープラーニング技術に基づくVISION AIシステムが適用されています。電気自動車が充電器の前に駐車されると、ロボットアームが電気自動車の充電器を認識し、座標を導出します。そして、自動的に電気自動車にコネクタを挿入し、急速充電を実行します。ロボットアームは、車両ごとに異なる場所の充電器に適用できるように、垂直多関節構造で構成されています。また、防水・防塵機能も適用されています。^[45]

建設ロボットは現場で直接使用され、建築、資材の取り扱い、土木、監視などの作業を実行します。

研究および教育用モバイル ロボットは、主にフルスケール ロボットを構築するプロセスの試作段階で使用されます。これらは、同じ種類のセンサー、運動学、ソフトウェア スタック (ROS など) を備えた、大型ロボットの縮小版です。多くの場合、拡張可能で、快適なプログラミング インターフェイスと開発ツールを提供します。フルスケール ロボットの試作のほか、特に大学レベルでは、自律走行車のプログラミングに関するラボがますます導入されつつある教育にも使用されます。

2016年3月、ワシントンDCで地上ロボット配達の試験運用を許可する法案が提出された。^[46]このプログラムは2017年9月15日から12月末まで実施される予定だった。ロボットの重量は無積載で50ポンド、最高速度は時速10マイルに制限されていた。ロボットが故障で動かなくなった場合、企業は24時間以内に路上から撤去する必要があった。一度にテストできるロボットは1社あたり5台のみだった。^[47] 2017年版の個人配達デバイス法案は2017年3月時点で審議中だった。^[48]

2017年2月、米国バージニア州で下院法案HB2016 ^[49]と上院法案SB1207 ^[50]により法案が可決され、2017年7月1日から州全体で自律走行配送ロボットが歩道を走行し横断歩道を使用することが許可される。ロボットの最高速度は時速10マイル、最大重量は50ポンドに制限される。^[51]アイダホ州とフロリダ州でも同様の法案を可決する話が出ている。^{[52] [53]}

^{障害者用車両と同様の特性（例えば、最高時速 10 マイル、限られたバッテリー寿命）}を持つロボットが、特定の用途の回避策になるかもしれないと議論されてきました^[誰が？ ]。ロボットが十分にインテリジェントで、既存の電気自動車（EV）充電インフラストラクチャを使用して自分自身を充電できる場合、最小限の監視のみが必要であり、視覚システムに十分な解像度があれば、器用さの低い 1 本の腕でこの機能を有効にするのに十分かもしれません。^{[引用が必要]}

2017年11月、サンフランシスコ市監督委員会は、企業がこれらのロボットをテストするには市の許可を得る必要があると発表した。^[54]さらに、委員会は歩道配達ロボットによる研究目的以外の配達を禁止した。^[55]

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