ヒューマノイドロボット

ヒューマノイドロボットは、人間の体の形に似たロボットです。設計は、人間の道具や環境との相互作用などの機能目的、二足歩行の研究などの実験目的、またはその他の目的に使用できます。一般に、ヒューマノイド ロボットには、胴体、頭、2 本の腕、2 本の脚がありますが、一部のヒューマノイド ロボットは体の一部のみを模倣しています。アンドロイドは、見た目が人間に似ているように作られたヒューマノイド ロボットです。

ヒューマノイド ロボットの概念は、世界中のさまざまな文化に由来しています。ヒューマノイド オートマトンのアイデアに関する最も古い記述のいくつかは、紀元前4 世紀のギリシャ神話や中国のさまざまな宗教および哲学のテキストにまで遡ります。ヒューマノイドオートマトンの物理的なプロトタイプは、後に中東、イタリア、日本、フランスで作成されました。

ギリシャ神話の鍛冶の神ヘパイストスは、様々な神話の中で様々な人型オートマタを作った。ホメロスの『イリアス』では、ヘパイストスは黄金の侍女を創り、人間のような声を与えて話す道具や楽器として使った。^[2]別のギリシャ神話では、ヘパイストスがクレタ島を侵略者から守るためにタロスという名の巨大な青銅のオートマタを作ったとされている。^[3]

紀元前3世紀、中国の哲学者、列余口によって書かれた道教の哲学書『列子』には、人型自動人形のアイデアが詳しく述べられている。この書物には、中国周王朝の第5代王、穆王のために等身大の人間のようなロボットを作ったヤン・シという技術者の記述がある。^[4]このロボットは主に革と木で作られていた。歩くこと、歌うこと、体の各部を動かすことができた。^[4]

13世紀、イスマイル・アル・ジャザリという名のイスラム教徒の技術者が、さまざまな人型オートマトンを設計しました。彼は、液体タンクから飲み物を注ぎ、自動ドアから現れて飲み物を提供するウェイトレスロボットを製作しました。^[5]彼が製作した別のオートマトンでは、水を抜いた洗面器に水を補充するために使用されました。^[6]

1400年代、レオナルド・ダ・ヴィンチは、座ったり、立ったり、腕を独立して動かしたりできる、鎧を身にまとった複雑な機械ロボットを構想しました。^[7]ロボット全体は滑車とケーブルのシステムによって操作されていました。

17世紀から19世紀にかけて、日本人はからくり人形と呼ばれる人型の自動人形を作った。これらの人形は人形に似ており、劇場、家庭、宗教的な祭りでの娯楽に使われた。^[8] 演劇で使われたからくり人形は舞台からくりと呼ばれた。^[9]家庭で見つかった小さなからくり人形は座敷からくりと呼ばれ、テーブルの上に置かれ、踊ったり、太鼓を叩いたり、飲み物を運んだりした。^[9]宗教的な祭りで使われた人形は山車からくりとして知られ、神話や伝説を再現するのに使われた。^[10]

18世紀、フランスの発明家ジャック・ド・ヴォーカンソンは「フルート奏者」と呼ばれる重要なヒューマノイド・オートマトンを製作した。この木製の人間サイズのロボットは、フルートで様々なメロディーを演奏することができた。フルートを演奏するために必要な筋肉を模倣するために、ふいご、パイプ、重り、その他の機械部品のシステムで構成されていた。^[11]

ヒューマノイド ロボットは現在、さまざまな科学分野で研究ツールとして使用されています。研究者はヒューマノイド ロボットを開発するために、人体の構造と動作 (生体力学) を研究しています。一方、人体をシミュレートする試みは、人体に対する理解を深めることにつながります。人間の認知は、人間が知覚および運動能力を獲得するために感覚情報からどのように学習するかに焦点を当てた研究分野です。この知識は、人間の行動の計算モデルの開発に使用され、時間の経過とともに改善されてきました。

非常に高度なロボット工学によって、普通の人間の能力強化が促進されるのではないかと示唆されている。トランスヒューマニズムを参照。

ヒューマノイドロボットは、医療やバイオテクノロジーの世界だけでなく、バ​​イオメカニクスや認知科学などの他の研究分野でも貴重なリソースです。^[12]ヒューマノイドロボットは、手足を失った人などの身体障害者のための複雑な義肢の開発に使用されています。^[13] WABIAN-2は、患者の下肢のリハビリテーションを支援するために作成された新しい医療用ヒューマノイドロボットです。^[13]

ヒューマノイド研究の当初の目的は、人間のためのより優れた装具や義肢を作ることでしたが、知識は両分野間で移転されてきました。いくつかの例としては、神経筋障害者用の電動義肢、足首・足部装具、生物学的にリアルな義肢、前腕義肢などがあります。

ヒューマノイドロボットは、パーソナライズされたヘルスケア補助具の実践と開発のためのテスト対象として使用することができ、基本的には高齢者などの人口統計のためのロボット看護師として機能します。^{[13]ヒューマノイドは、受付デスクの管理者や自動車製造ラインの作業員など、手順ベースの職業にも適しています。本質的には、ヒューマノイドは人間の形状に合わせて設計されたツールを使用したり、機器や車両を操作したりできるため、適切な}ソフトウェアがあれば、理論的には人間ができるすべてのタスクを実行できます。ただし、それを実行する複雑さは計り知れません。

ヒューマノイドロボットは、プロメテウスの物語の構想やアイデアから、テーマパークで使用される現代のアニマトロニクスの応用や物理的な構築まで、エンターテインメントの分野で長い歴史を持っています。^[12]テーマパークでのヒューマノイドロボットの現在の使用と開発は、スタントトロニクスの作成に重点を置いています。^[14]スタントロニクスは、スタントダブルとして機能するように構築されたヒューマノイドロボットであり、生きているような、拘束されない、ダイナミックな動きをシミュレートするように設計されています。^[14]いくつかのディズニーのテーマパークのショーでは、人間のように見え、動き、話すアニマトロニクスロボットが使用されています。これらのロボットは本物らしく見えますが、認知機能や身体的自律性はありません。 さまざまなヒューマノイドロボットと日常生活での可能性のある用途は、 2010年に公開された「Plug & Pray」という独立したドキュメンタリー映画で紹介されています。

ヒューマノイドロボットの実際の用途の多くは未開拓であるが、その主な用途は、新進気鋭の技術を実証することである。^[15]ホンダAsimoなどのヒューマノイドロボットの最新の例は、歩く、登る、楽器を演奏するなどの運動能力における新しい技術的進歩を実証するために公開されている。^[15]他のヒューマノイドロボットは家庭用に開発されてきたが、単一目的のスキルにのみ優れており、自律性にはほど遠い。^[15]ヒューマノイドロボット、特に人工知能 アルゴリズムを備えたものは、ミッションが完了したら再び地球に戻る必要がないため、将来の危険な宇宙探査ミッションや遠方の宇宙探査 ミッションに役立つ可能性がある。

センサーは、世界の何らかの属性を測定する装置です。ロボット工学の 3 つの基本要素 (計画と制御を除く) の 1 つであるセンシングは、ロボットのパラダイムにおいて重要な役割を果たします。

センサーは、それが機能する物理的なプロセスに応じて、または出力される測定情報の種類に応じて分類することができます。この場合、2番目のアプローチが使用されました。^[16]

固有受容センサーはヒューマノイドの体と関節の位置、向き、速度、その他の内部値を感知します。^[17]

人間では、耳石と三半規管（内耳にある）がバランスと方向感覚の維持に使われます。^[18]さらに、人間は自分の固有受容感覚センサー（触覚、筋肉の伸展、手足の位置など）を使って方向感覚を維持します。ヒューマノイドロボットは加速度計を使って加速度を測定し、そこから積分によって速度を計算します。^[19] 傾斜センサーで傾きを測定します。力センサーでロボットの手足に取り付けて環境との接触力を測定します。^[20]位置センサーでロボットの実際の位置を示し（そこから微分によって速度を計算できます）、^[21]さらには速度センサーも使います。

触覚センサーの配列は、何に触れたかのデータを提供するために使用できます。Shadow Handは、各指先のポリウレタンスキンの下に配置された34個の触覚センサーの配列を使用します。 ^[22]触覚センサーは、ロボットと他の物体の間で伝達される力とトルクに関する情報も提供します。

視覚とは、電磁スペクトルを使用して画像を生成するあらゆるモダリティからのデータ処理を指します。ヒューマノイド ロボットでは、視覚は物体を認識し、その特性を判断するために使用されます。視覚センサーは、人間の目に最もよく似た働きをします。ほとんどのヒューマノイド ロボットは、視覚センサーとしてCCDカメラを使用します。

音センサーにより、ヒューマノイドロボットは人間の耳と同じように、会話や環境音を聞くことができます。ロボットが会話を伝えるためには通常、 マイクが使用されます。

アクチュエータはロボットの動きを司るモーターである。^[23]

ヒューマノイドロボットは人体を模倣するように作られています。ヒューマノイドロボットは、構造は異なりますが、筋肉や関節のように機能するアクチュエータを使用しています。 ^[23]ヒューマノイドロボットのアクチュエータは、電気式、空気圧式、油圧式のいずれかです。^{[24] [25]}これらのアクチュエータは、高出力、低質量、小型であることが理想的です。^[25]

電動アクチュエータはヒューマノイドロボットで最も一般的なタイプのアクチュエータです。^[24]これらのアクチュエータはサイズが小さく、単一の電動アクチュエータでは人間サイズの関節に十分な電力を供給できない場合があります。 [ ^24]そのため、ヒューマノイドロボットでは単一の関節に複数の電動アクチュエータを使用するのが一般的です。^[24]電動アクチュエータを使用したヒューマノイドロボットの例としては、HRP-2があります。^[25]

油圧アクチュエータは、電動アクチュエータや空気圧アクチュエータよりも高い出力を生み出し、他のタイプのアクチュエータよりも優れたトルク制御能力を備えています。^[25]しかし、サイズが非常に大きくなる可能性があります。^{[24] [25]}サイズの問題に対処する1つの解決策は、電気油圧アクチュエータ（EHA）です。^{[25]油圧アクチュエータを使用したヒューマノイドロボットの最も一般的な例は、}ボストンダイナミクス製のATLASロボットです。^[25]

空気圧アクチュエータはガスの 圧縮性に基づいて作動する。^{[24] [25]}空気圧アクチュエータは膨張すると軸に沿って膨張し、収縮すると収縮する。片方の端が固定されている場合、もう一方は直線軌道に沿って動く。空気圧アクチュエータの一般的な例としては、マック・キベン筋がある。^[25]

ロボットにおける計画とは、ロボットが実行する動作と軌道を計画するプロセスです。^[26]制御とは、これらの計画された動作と軌道を実際に実行することです。 [26]ヒューマノイドロボットでは、計画は二足歩行動作を実行する必要があり、つまりロボットは人間に似た動作を計画する必要があります。 [ ^27]ヒューマノイドロボットの主な用途の1つは人間と対話することであるため、ヒューマノイドロボットの計画と制御のメカニズムがさまざまな地形や環境で機能することが重要です。^[27]

二足歩行ロボットの表面上での安定性の問題は非常に重要です。 [28 ^]安定した位置を提供するために、ロボットの重心を支持領域の中心上に維持することが制御の目標として選択できます。^[28]

歩行中に動的バランスを維持するために、ロボットは接触力と現在の動きと望ましい動きに関する情報を必要とする。^{[27]この問題の解決策は、}ゼロモーメントポイント（ZMP）という主要な概念に依存している。^[27]

ヒューマノイドロボットのもう一つの特徴は、動き、センサーを使って「現実世界」の情報を収集し、それと相互作用することです。^[29]工場のマニピュレーターや高度に構造化された環境で作業する他のロボットのように、じっとしているわけではありません。^[29]ヒューマノイドが複雑な環境で移動できるようにするには、計画と制御は自己衝突検出、経路計画、障害物回避に重点を置く必要があります。^{[29] [30]}

ヒューマノイドロボットは、まだ人間の身体の特徴のいくつかを備えていない。^[31]それらには、安全性（ロボット自体と人間）を提供する可変柔軟性の構造と、動きの冗長性、すなわち自由度の増加とそれによる幅広いタスクの可用性が含まれる。^[31]これらの特性はヒューマノイドロボットにとって望ましいが、計画と制御にさらなる複雑さと新しい問題をもたらすだろう。^[32]全身制御の分野では、これらの問題を扱い、多数の自由度の適切な調整、例えば、与えられた優先順位に従いながら同時に複数の制御タスクを実現することに取り組んでいる。^{[33] [34]}

SFにおけるヒューマノイドロボットの描写で共通するテーマは、それが社会で人間をどのように助けるのか、あるいは人類にとって脅威となるのかということである。[112] このテーマは本質的に、人工知能が人類にとって善の力なのか悪の力なのかを問うものである。^{[112 ]}社会に善であり、人間に利益をもたらすものとして描かれているヒューマノイドロボットとしては、 『スタートレック』のコマンダー・データや『スター・ウォーズ』のC-3POが挙げられる。^[112]ヒューマノイドロボットが人間にとって恐ろしく脅威となるものとして描かれている反対の例として、 『ターミネーター』のT-800や『トランスフォーマー』のメガトロンが挙げられる。^[112]ヒューマノイドロボット「チッティ」の長所と短所を描いたインドのタミル語映画がある。^{[113] [114]}

ヒューマノイドロボットに関するSFのもう一つの顕著なテーマは、人格に焦点を当てている。特定の映画、特にブレードランナーとブレードランナー2049では、人工的に作られた人間が人間とみなされるべきかどうかが探求されている。^[115]映画では、「レプリカント」と呼ばれるアンドロイドが人間と区別がつかないように作られているが、彼らは疎外され、人間と同じ権利を持っていない。このテーマは観客の共感を呼ぶ一方で、ヒューマノイドロボットが人間にあまりにもよく似せているという考えに不安を抱かせる。^[116]

人間の姿や行動に似せて模倣するように設計されたヒューマノイドロボットは、いくつかの批判に直面してきました。

• 不気味の谷効果：ロボットが人間に似てきても完璧ではなくなると、人間に不安や嫌悪感を抱かせる可能性がある。^[117]
• 倫理的な混乱: ヒューマノイドロボットは倫理的なジレンマを引き起こし、ロボットの権利や扱いについて混乱を引き起こす可能性があります。

• フランケンシュタインコンプレックス
• パーソナルロボット
• 架空のロボットとアンドロイドのリスト

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ウィキメディア・コモンズには、ヒューマノイドロボットに関連するメディアがあります。

• ヒューマノイドロボットの日本での仕事
• ウルリッヒ・ホッテレット：アルバートは幸せではない - ロボットが人間と共存する方法、アフリカン・タイムズ、2009 年 6 月