斷「腕」求生，機器人也會了

由日本東北大學電氣通信研究所的石黑章夫教授、迦納剛史副教授、佐藤英毅、小野達也，北海道大學電子科學研究所的青沼仁志副教授以及東北大學研究生院醫學系研究科的講師松坂義哉組成的研發小組，在全球首次成功開發出了能立即適應意外故障的移動機器人。

研究人員觀察了被切斷整條或部分腕部的海蛇尾，根據觀察結果設計了以極簡單的公式描述的自律分散控制演算法，即「各個腕僅在行進方向受到來自環境的反作用力時蹬地」。把這種控制演算法應用于海蛇尾型機器人後，無論腕部遭到怎樣的破壞，機器人都能在數秒內適應並繼續移動。

這項成果可為應對意外情況，適應能力高的機器人提供基礎技術，有望為實現在災害現場等惡劣的環境下也能使用的移動機器人開拓道路。另外，動物在身體的一部分受傷時，會適當改變身體的協調方式繼續移動，利用此次的研究成果還有望查明這種原理。

圖1

·（ａ）海蛇尾的完整身體（左）與自己切斷一條腕後前進的樣子（右）。

·（ｂ）研究人員開發的海蛇尾型機器人PENTABOT II（左）與腕被破壞後的機器人的移動情況（右）。無論腕遭到怎樣的破壞，機器人都能立即適應，並協調剩餘的腕繼續前進。

＜研究內容＞

很多動物在身體的一部分受傷的情況下也能立即適應。因此，研究人員決定從動物的動作中獲得靈感，此次主要著眼于海蛇尾這種動物。海蛇尾是由體盤和5條呈徑向對稱的腕部構成的棘皮動物。有趣的是，在遭到外敵襲擊等失去腕時（也存在自己切斷腕的情況），無論還剩下幾條腕，海蛇尾都能立即協調剩下的腕繼續移動（圖1（ａ））。而令人吃驚的是，海蛇尾雖然擁有如此優異的能力，但並不具備可以明確稱作「腦」的中樞神經，只有由體盤內的周圍神經環和腕內的放射神經構成的簡單的神經系統。因此可以認為，海蛇尾對故障的適應能力是通過以局部的感覺信息決定身體各處動作的自律分散控制實現的。

圖1（ｂ）是在蛇尾型機器人正利用5個腕前進時，用鎚子破壞了其中一個腕之後的情況。通過實驗證實，破壞一個腕後，機器人會立即（幾秒內）協調剩餘的腕繼續前進。另外還確認，繼續破壞其他的腕後，即使剩餘的腕只有1~3個也能繼續前進。研究人員對機器人腕部的協調模式和移動速度進行定量評估發現，其行動與真正的海蛇尾大體一致。

研究人員觀察了被切斷整條或部分腕的海蛇尾的行動，根據觀察結果構築了如下自律分散控制演算法（圖2）。首先讓腕隨機移動，檢測來自環境的作用力（推力）。當某條腕受到與行進方向相同的作用力時，意味著要通過移動這條腕來前進，因此該腕會後移蹬地，然後抬起回到原來的方向。反之，如果作用力妨礙前進則什麼也不做。各個腕都只做這樣的動作。研究人員利用簡單的公式描述了這種控制演算法，並將其應用於開發的海蛇尾型機器人。然後調查了機器人的腕部遭到破壞時能否像真正的海蛇尾那樣立即適應。

圖2

研究人員提出的控制演算法的概要。首先讓各個腕隨機移動。如果某條腕受到與行進方向相同的作用力，則向後蹬地然後抬起，回到原來的方向。反之，如果反作用力妨礙前進則什麼也不做。機器人上沒有安裝相當於大腦的主計算機，各個腕僅利用自身的感測器信息進行單純的判斷，就可以實時做出適當的動作。

客觀日本編輯部

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