Plus電子デバイス・電子工作用語集モータドライバ博士のQ&A読者よりいただいたお問い合わせを元に、ロボット製作者、エンジニアのみなさんに役に立つ技術解説を発信していきます。Plus電子デバイス・電子工作用語集モータドライバ博士のQ&A読者よりいただいたお問い合わせを元に、ロボット製作者、エンジニアのみなさんに役に立つ技術解説を発信していきます。2012※この記事はDevicePlus.com(英語版)のこの記事を日本語訳したものです。昆虫マイクロボットは今や現実のものとなりました。mm足らずの昆虫生体模倣マイクロボットは、6本脚でアリさながらに這い回ることが可能です。日本大学の齊藤博士の研究室では、人工ニューラルネットワークを実装することで、スムーズでまさに昆虫のような切り替え動作による運動行動を生み出すべく研究を続けています。詳しい内容に入る前に、生体模倣技術とは何か、ということについてお話ししましょう。1969)の造語であり、自然界のメソッド、メカニズム、プロセス等を研究、模倣しようとする技術の総称である。自然の持つ力は多くの分野で人知をはるかに超えるものであり、その機能や特性を応用することは、テクノロジーの発展に大きく寄与することになるだろう。」-Bar-Cohen、2006年。バイオミメティクスは、未来のテクノロジーにとって非常に大きな可能性を有しています。今回紹介しているマイクロボットは、昆虫、特にアリの生物物理学的メカニズムからヒントを得て微小規模で開発されました。アナログICを使用して人工ニューラルネットワークを構成し、それによって「駆動波形」つまりパルスを生成し、それがマイクロボットの運動力となっています。どのようなロボットであれ、歩く、這う、揺れる、ジャンプする等の運動を実行させようとすれば、アクチュエータ(駆動装置)が必要となります。アクチュエータはロボットに運動を実行させるメカニズムであり、生命体にとっての筋肉に似た役割を持っています。アクチュエータを使用して製作されています。アクチュエータ、人工ニューラルネットワークをシリコンウェハを用いて組み立てた後、微小電気機械システム(MEMS)微細加工技術を用いて一体化させています。2016図1の通り、リンク機構は3本の脚、シャフト、リンクバーで構成されています。中脚はローターに取り付けられているため、中脚とローターの回転相は同一です。前脚と後脚はリンクバーによって中脚に取り付けられているため、90°の位相変位が可能となります。mmで、信号線8本、GND線2本が接続されています(図1b)。信号線を人工ニューラルネットワークに接続すると、この小型ロボットは這うことが可能となります。このMEMSロボットが特殊であるのは、ソフトウェアではなくハードウェアで構成された大型人工ニューラルネットワークモデルを採用している点です。研究者らによると、処理速度、メモリ容量等のコンピュータ性能に鑑みると、大型の数理的(ソフトウェア)ニューロンモデルの実装は非常に困難だということです。IC技術と相まって、回路サイズの縮小も可能であるため、小型あるいはミリ単位のプロジェクトにおいては非常に有効です。いった理由から、ハードウェアニューロンモデルが採用されています。ニューラルネットワーク、これがなぜそんなに重要なのでしょうか?またマイクロボットにはニューラルネットワークの実装が必須というその理由は何なのでしょうか?まず、「順応性のある」制御システムを実現するには、ニューラルネットワークが必須であるためです。言い換えると、ニューラルネットワークによってこそ、ロボットの動きは自動的ではなく、特定の状況下におけるイベントに反応して行動を起こすことが可能となるのです。その時々でロボットは学習し、収集した情報に基づいて決定を下すことができるようになるのです。パルス形ハードウェアニューロンモデルを最大限利用することで、ミリ単位のこのマイクロボットはアリのように這うことが可能となりました。生体ニューロンと同様の機能を有しています。このモデルでは、連続活動電位の生成も行います。ハードウェアニューロンモデルが「駆動パルス」を出力し、このパルスがロボットの人工筋肉であるワイヤを作動させます。注目すべき点として、ロボット制御は、生体ニューロンへ送られるパルスに類似した連続パルス波によって行うもので、ソフトウェアプログラムやA/Dコンバータによるものではない、ということです。2012図2に示す通り、ハードウェアニューロンモデルは前進、後退いずれの波形も出力することが可能です。波形からの出力信号が、銅線製人工筋肉に送信されます。gの微小機械システム(下)の上に人工ニューラルネットワーク微小電気システムICチップ(上)を載せ、ICチップをFR-4に固定します。