未来の家庭用ロボットを想像してみてください。床の散らかったものを拾い、掃き、食器を洗います。しかも、完璧にこなさなければなりません。ロボットのエラー率がたった1%でも、100枚の皿のうち1枚は落としてしまうでしょう。これは到底受け入れられません。あっという間に床は破片で覆われ、ロボットは悲しむべき悪循環に陥り、皿を落とし、掃き集め、また皿を落とす、という悪循環を延々と繰り返すことになるでしょう。
この家庭内悪夢を回避するには、エンジニアはロボットに鋭敏な触覚を与えなければならない。そのためには、ロボットには指先が必要になるだろう。おそらく、最近Science Robotics誌に掲載されたような指先だろう。この指先は、指自身の磁場の微妙な変化を感知することで、明らかに人間とは異なる感覚を得る。将来的には、超高感度の義手や、掴む力を制御できずに食器（あるいは人）を傷つけることのないロボットの実現につながるかもしれない。
人間は、皮膚にある機械受容器と呼ばれる特殊な感覚細胞のおかげで、指先で圧力や質感を感じることができます。機械受容器は、神経系全体と連携して、環境からの機械的な情報を脳が「触覚」として理解できる信号に変換します。さらに、温度受容器（温度を感知する）と痛覚受容器（痛みを感知する）と組み合わせることで、自分自身を傷つけることなく周囲の世界を操作できるのです。
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ロボットにも同じようなことをしてもらいたい。ただし、ロボット自身や私たちを傷つけないようにしてほしい。例えば、高齢者をベッドに上げたり下げたりといった介助作業にロボットを投入できるかもしれない。「触覚フィードバックがあれば、家庭用ロボットが人間と交流する際の安全性ははるかに高まる」と、このシステムに関する新論文の筆頭著者である香港大学と香港城市大学のコンピューター科学者、ヨウカン・ヤン氏は述べている。「そして、ロボットはこれまで不可能だった、器用な掴みや操作といった、はるかに困難なタスクを達成できるようになるだろう。」
しかし、人間の極めて複雑な触覚システムを再現するのは現実的ではありません。そこでヤン氏のチームは、それをある程度再現することにしたのです。ロボットの指先の「皮膚」は柔軟な磁性フィルムでできており、デバイス内に磁場を発生させます。指を支える「骨」は回路基板で、磁場をモニターするセンサーが散りばめられています。例えば、鉛筆の消しゴムを指先に突き刺すと、磁性のある皮膚がへこみ、指の磁場が微妙に変化します。これをセンサーが分析し、消しゴムがどこに接触しているかを判断します。この指先をヒューマノイドロボットに装着すれば、ロボットは指が物体に接触している場所を特定し、グリップ力を向上させることができます。
ビデオ: Yan et al.、Sci.ロボット。 6、eabc8801 (2021)
上の GIF では、チームの設計がいかに繊細であるかが分かります。オブジェクトを指先でドラッグすると、システムは接触している場所だけでなく、丸いオブジェクトの形状も感知します。
ロボットの指先は、掴んでいる物体の滑り（オタクの間ではせん断力として知られています）も感知します。水筒に水を入れながら軽く握っているところを想像してみてください。水筒が重くなるにつれて、重力は手から水筒をこじ開けようとします。当然、その感覚を感じたら、あなたは握りを強くします。しかし、ロボットにとって、同じことをする必要があることはそれほど自明ではありません。
下の図では、ボトルに液体が加えられるにつれて、せん断力（グラフでは青い線で示されています）が上昇していく様子をご覧ください。下側では、センサーが作動しているグリッパーがこれを検知して保持力を強化しますが、上側のセンサーのないグリッパーは最終的にボトルを落とします。これが磁場がもたらす違いです。
ビデオ: Yan et al.、Sci.ロボット。 6、eabc8801 (2021)
「この研究は、触覚センシングにおける非常に刺激的な新潮流の一部です。この分野では、必ずしも人間が利用することを想定していない、非常に豊富な生データを提供するセンサーが開発されています」と、コロンビア大学のロボット工学者マテイ・チオカルリー氏は述べている。同氏は今回の研究には関わっていない。興味深いことに、コロンビア大学のチオカルリー氏のグループは、磁気ではなく光を利用する同様のロボット指を開発している。このロボット指の「骨」にはLEDとフォトダイオードがちりばめられており、皮膚が変形した際に構造内で光がどのように変化するかを検出する。
どちらの方法でも、ロボットの器用さという恥ずかしい欠点を克服することを目的としています。私たち人間は、周囲の世界を難なく操ることができます。なぜなら、私たち人間が周囲の世界を創造したからです。これらの機械を私たちの世界で真に役立つものにしたいのであれば、ロボットは環境に対してより敏感でなければなりません。ロボットが倉庫で箱詰めをする場合でも、家の片付けを手伝う場合でも、触覚は大きな役割を果たします。
図:Yan et al.、Sci.ロボット。 6、eabc8801 (2021)
研究者たちは将来、この種の指先を義肢に組み込み、切断された人々に義肢を通してより豊かな触覚体験を提供することになるかもしれない。しかし、彼らに痛みの感覚も与えたいと思うだろうか？痛みは結局のところ、人間の生物学的機能において重要な役割を担っている。それは、過度の熱や圧力にさらして自分自身（あるいは義肢）を傷つけないよう、行動を中断させる一種の警報のようなものだ。今回の新しい研究も、チオカーリーの「軽い指」も、痛みではなく機械的な感覚に着目したものだった。しかし将来、ロボットの指はこれらの異なる感覚を組み合わせるようになるかもしれない。
しかし、義肢装着者に痛みの情報を伝えるというアイデアは、倫理的な観点から驚くほど難しいことが判明しました。医療従事者は患者に意図的に痛みを与えるべきではありません。しかし、過度の圧力を警告する表示は、音など、全く別の形で伝えることも可能です。切断者に対する偏見を研究してきたアンヘル・ジュフィア氏は、2018年にWIREDにこう語っています。「義肢を通して、デバイスを損傷していることを何らかの形で知らせるというアイデアは理解できます。必ずしも痛みを伴う必要があるでしょうか？いいえ。」
いずれにせよ、この新しい磁気システムとチオカリーの光の指は、科学者が感覚機能を再現するために人間の生物学的特徴を正確に模倣する必要がないことを示しています。実際、最終的には、人間の体の模倣を試みることでロボットの限界が押し付けられるという段階に到達するかもしれません。もしかしたら、機械に想像もできないほどの感度を与えることができるかもしれません。あるいは、エネルギーを節約するために感度を低くすることも可能でしょう。例えば、ロボットが特定の用途で温度センサーを必要としない場合は、そのセンサーをオフにするなどです。
偉大な工学的発明の中には、動物界の能力に着想を得たものもあるが、それらの動物の形態を完全に再現したわけではない。「私がよく例えるのは飛行です」とチオカーリー氏は言う。「自然をただ模倣しようとすると、羽ばたく自転車ばかりが生まれてしまうのです」。航空工学の最高峰とは言えないかもしれないが、揚力や抗力といった基礎概念をしっかりと理解すれば、「鳥には見えないかもしれないが、実際に飛ぶものを作ることができるのです」とチオカーリー氏は付け加える。
同様に、ロボットの指も人間の指のように見える必要はありません。チオカーリエのバージョンは、指全体にLEDが巻き付けられており、人間の爪のように敏感ではない部分でも鋭敏な触覚を感知できます。つまり、未来の家庭用ロボットは超高感度になり、マニキュア代を節約できるのです。
2021年3月11日午後12時（東部標準時）更新：論文著者の要請により、センサーが点字を読めるという記述と、その過程を撮影した動画を削除しました。この情報はWIREDに提供されたプレス資料に含まれていましたが、最終版の論文ではその機能について説明されていませんでした。
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