ロボットオリンピックの弱者がここに登場

太いゴム製の履帯を備えた豚ほどの大きさのロボット「コーネリアス」が、カリフォルニア州立大学チャンネル諸島校のスペイン復興様式キャンパスの緑豊かな小さな中庭に停止した。

「自律的か、壊れているかのどちらかだ」とケビン・ノードラーは夏の太陽に目を細めながら言う。マスクと耳当て付きの帽子で顔は隠れている。数十年にわたりロボット開発に携わってきたノードラーは、故障した機械と正常に動作している機械の違いを見分けるのが難しい場合があることを知っている。

「自律的です」とメカトロニクス工学専攻の4年生、アンドリュー・ハーダリングさんは言う。

突然、コーネリアスが動き出した。ロボットは約4.5メートル離れた地面に置かれたバックパックに向かって突進する。しかし、その途中で大きな岩の上に置き去りにされてしまう。

「ああ、だめ！」サラ・センテノという名の3年生が叫びます。

「ロボットはバックパックを見て、現時点でプログラムされている方法では、ただ無意識にそれに向かって運転するだけです」とハーダリング氏は言う。

苦労して調べたところ、コーネリアスは「検出モード」になっており、障害物に関係なくバックパックを探す義務があるようです。

ロボット工学を学ぶ大学生の日常業務のように見えるこの作業は、実はコーディネイテッド・ロボティクス（Coordinated Robotics）というチームが、自律走行車の世界における一大イベント、米国国防高等研究計画局（DARPA）が主催するサブタレイニアン・チャレンジ（Subterranean Challenge）の決勝戦に向けて、熱気あふれる準備作業を行っているところだ。今から数週間後の2021年9月、コーディネイテッド・ロボティクスのチームに所属するコーネリアスと20台ほどのロボットは、ケンタッキー州ルイビルの巨大洞窟にトラックで輸送され、そこで競技に参加する。

DARPAは2004年からSubTのような公開チャレンジを開催しています。これらのチャレンジは、軍事研究開発という閉ざされた世界を超えて才能を引き出し、感染症の蔓延予測や、緊急時の衛星打ち上げといった非常に困難な問題におけるイノベーションを活性化させることを目的としています。最初のDARPAチャレンジでは、サンドストームと呼ばれるハンヴィーがモハーベ砂漠を7.4マイル（約11.8キロメートル）自動運転で走行しましたが、途中でカーブをオーバーシュートして動けなくなりました。1年後の2回目のチャレンジでは、5チームが132マイル（約210キロメートル）のコースを完走しました。昨日の自動運転ハンヴィーは、明日の自動運転タクシーです。

2018年にスタートし、メガキャバーンで最終戦を迎えるSubTチャレンジは、ロボットとロボット工学者の両方に、視界の悪さ、通信環境の悪さ、隠れた地形など、地下に存在する数々の過酷なハードルに立ち向かわせる。このチャレンジは、実戦と仮想の両方で構成されている。最終戦では、ロボットたちは閉所恐怖症を誘発するような通路を蛇行し、階段をよじ登り、泥や霧の中を、時には模擬雪崩さえも乗り越えながら、メガキャバーンのコースで「サーマルマネキン」（つまり人間）やその他の「人工物」を探して進む。仮想戦では、シミュレーションロボットが、コンピューターで再現されたメガキャバーンのコース内で、これら全てと同じ動作を行う。賞金総額は500万ドルだ。

バーチャルコンテストの前提は、十分な知性とコンピューターへのアクセスがあれば誰でも、例えば、サッカー仲間の親に聞かれたら「ロボット工学をやっているんです」と答えるような、ダッドジーンズを履いた物静かな男性でも、研究に有意義な貢献ができるというものだ。ノールドラー氏（発音は「ネイドラー」）はこれらのコンテストで優秀な成績を収めている。DARPAのSubTチャレンジ・プログラムマネージャー、ティモシー・チャン氏は、彼を「驚異的なソフトウェア開発者」「非常に規律正しく、計画的で、実践的」と評している。しかし、コードが現実世界と相互作用しなければならないとなると、事態は複雑になる。ノールドラー氏は「問題の90%はシミュレーションで解決でき、残りの90%はロボットで解決できる」と皮肉を込めて言う。

画像には人間、衣類、アパレル、パンツ、デニム、ジーンズが含まれている可能性があります

SubTチャレンジには、カリフォルニア工科大学、カーネギーメロン大学、マサチューセッツ工科大学、NASAジェット推進研究所など、資金力のあるエンジニアを含む自律研究の巨人たちが集まっている。彼らは最先端の機器、充実した試験施設、そして現実世界で起こるあらゆる問題に投入できる大勢の大学院生を擁している。彼らと並んで、Coordinated Roboticsは気骨のある新興企業だ。チームのロボットのうち1台は、Craigslistで手に入れた古いセキュリティクローラーだ。もう1台は、ノールドラーの子供たちが通う中学校のロボットクラブがベニヤ板とホバーボードの車輪を使って組み立てたものだ。多くの参加者がロボットの起動時に方向を定めるのに、1000分の1度単位の精度を誇る測量機器を使用するのに対し、Coordinated Roboticsは下げ振り（費用：数ドル）に頼ることが多い。

キャンパスでチームに会うと、皆慌ただしい雰囲気だった。彼らは数ヶ月にわたる新型コロナウイルスによるロックダウンを終え、研究室に戻ってきたばかりだった。彼らのロボットは膨大な数のソフトウェアシステムを採用しており、同様に膨大な数のセンサーと綿密に統合する必要がある。「どのロボットにも20種類のバージョンがあり、それぞれが20種類の異なるバージョンと連携します」とノールドラー氏は言う。これが厄介な「残りの90%」の部分なのだ。

ハーダリング氏は、深度センサーカメラのデータを遠隔ロボットオペレーター（つまり、ノールドラー氏）に表示するコードを書いている。センテノ氏は、バックパックとロープの画像を、DARPAの洞窟内で暗闇にスポットライトを当てられた状態でロボットに入力している。「どういうわけか、ロープが垂直に垂れ下がっている場合は必ず検出するんです」とハーダリング氏は言う。「でも、地面に横たわっているなど、水平に垂れ下がっている場合は検出しないんです」

ほとんど知られていない大学が作った、余剰品レベルのセンサーを搭載したDIYロボット一式。学部生、教授、そして専業主夫からなるチームで。世界最強の国防機関の秘密兵器工場が、自律性に革命を起こすとは到底思えない。しかし、私たちは今、米軍が既製のドローンを武装飛行させる「非正規勢力」の脅威に備えなければならない世界に生きている。脅威が意欲的な小規模なアクターからもたらされることがあるように、解決策もまた、そうした脅威から生まれる可能性がある。

サラ・センテノは、DARPA ロボットが地下でメッセージを中継するために使用する通信ビーコンをはんだ付けしています。

ノールドラーが初めて印象に残ったロボットは、コロラド州で7歳だった頃、6輪のプログラム可能なおもちゃの戦車「ビッグトラック」だった。テレビCMでは、ビッグトラックは16種類のコマンドを操り、「難しい場所から脱出する」「ミッションを完了する」「ホームベースに戻る」といった操作が可能だと宣伝されていた。ノールドラーは、機械に何かをできるだけ効率的かつ確実に実行させるというアイデアに魅了されていった。

その情熱は大人になっても消えることはなかった。MITでコンピュータ工学を学んだ後、自動試験装置を開発するテラダイン社に就職した。1990年代半ばから、同僚と共に「ロボットウォーズ」や「バトルボッツ」といったテレビのコンテストに出演し始め、「モンスター」などと名付けられた、恐ろしい見た目のスパイク付きロボットをロングビーチからラスベガスまで各地の競技場に送り込んだ。本格的なロボット工学というよりは、見世物的な側面が強かった。「プログラミングは許されていました」と彼は言う。「でも、ほとんど誰も使わず、すべてリモコン操作でした。」

数年後、ノールドラーはモハーベ砂漠で行われた最初のDARPAチャレンジについて耳にした。彼はフリーエージェントとして参加しようと複数のチームに連絡を取り、最終的にTerraHawkというチームにたどり着いた。ノールドラーは主に経路計画ソフトウェアの開発に携わっていた。2Dのライダー信号を3D地形図に変換し、最短経路アルゴリズムでルートを描画するソフトウェアだ。チームは出場資格を得たが、コンテスト前夜、空気圧ステアリングを動かすエアコンプレッサーが故障してしまった。ステアリングが故障すればレースもできない。TerraHawkはもうだめだった。DARPAの次のチャレンジでは、ノールドラーは別のチームに加わった。チームは砂漠で約16マイル（約26キロメートル）の自動運転を成し遂げたが、USBハブの故障で走行が中断された。

2007年、ノールドラー氏はテラダイン社を辞め、専業主婦になった。「子どもを育てるのは大変だけど、良い選択だった」と彼は持ち前の簡潔さで語る。子どもたちが学校に通い始めるとスケジュールに余裕が生まれ、すぐにさらに多くのコンテストに参加するようになった。2017年、NASAはスペース・ロボティクス・チャレンジを開催した。これは、人型ロボットR5を最もうまくプログラムして「火星の居住地を破壊した砂嵐の余波を解決する」チームに12万5000ドルの賞金を提供するバーチャルコンテストだ。ノールドラー氏は単独で参加することにした。必ずしも一人で作業したかったわけではないが、父親としての予定はぎっしり詰まっていた。中学校のロボットチームでボランティアをしたり、さまざまなサッカーチームや、問題解決コンテスト「オデッセイ・オブ・ザ・マインド」の地元支部でコーチをしたりしている。「他の人と調整する時間がなかったんです」と彼は言う。

このチャレンジは、カリフォルニアに拠点を置く非営利団体Open Roboticsが設計したシミュレーションエンジンで行われた。同団体は、ロボットオペレーティングシステム（ROS）の開発で最もよく知られており、ROSは自律システムの世界で広く普及しており、特に大規模施設での作業に利用されている。Open RoboticsのCEO兼共同創業者であるブライアン・ガーキー氏は、アマゾンの倉庫を除けば、「そのような環境を歩き回っているロボットのほとんどは、おそらくROSを実行しているでしょう」と語る。NASAで自律システム部門を率いるジュリア・バジャー氏は、ROSは「人々がすぐに立ち上がって活動する」のに役立つと述べている。今では、ロボットの脳と身体を対話させることはそれほど難しくない。「以前は、常に独自のミドルウェアを書かなければなりませんでした」とバジャー氏は言う。「今ではあらゆるものに対応するパッケージがあります。」

霧でライダービームが散乱したり、泥や岩でクローラーの軌道が狂ったりする現実世界のロボット工学に比べると、シミュレーションは貧弱に思えるかもしれません。しかし、ゲルキー氏はシミュレーションは不可欠だと主張します。「シミュレーションなしでは、ロボット工学を真剣に研究することはできません」と彼は言います。「現実環境ですべてを徹底的にテストすることは決してできません。」仮想空間では、ほぼ無償で無数の仮説を練ることができます。例えば、ロボットを10台ではなく100台展開したらどうなるでしょうか？環境を12倍に大きくしたらどうなるでしょうか？ロボットが坂から落ちたらどう反応するでしょうか？

ノールドラー氏の模擬ロボットは、火星の課題をすべて完璧にクリアしました。彼は優勝し、総額17万5000ドルを獲得しました。競技終了後、彼はニューイングランド・ロボティクス検証実験センターを訪れ、そこで自作のR5のコードを実際のR5に移植しました。「ほぼ初日に動作させることができました」とノールドラー氏は振り返ります。「通常、実際のハードウェアで動作させるには1ヶ月以上かかることもあります。」

NASAの賞金に満足したノールドラーは、次のDARPAチャレンジ「SubT」への準備を始めた。「ロボットが好きだし、洞窟も好きなので、まさにうってつけだと思った」と彼は言う。第一段階はピッツバーグの研究鉱山で行われた。今回も彼は単独参加でエントリーした。

多くの問題が起きた。ノールドラーは飛行中のドローンを全て墜落させ、現実世界でのコンテストでは最下位に終わったものの、DARPAの「最高賞」の一つである「1人あたりのロボット最多数」を獲得した。しかし、バーチャルコンテストは別の話だった。ノールドラーは圧倒的な勝利を収めた。2位の選手の2倍以上のポイントを獲得し、25万ドルを獲得した。彼はこれをシードマネーとして使うことになる。

ノールドラーは最初からチームを結成したいと考えていた。約6ヶ月後に開催される次のステージでは、それが不可欠だと分かっていたのだ。自宅近くのカリフォルニア州立大学チャンネル諸島校では、ジェイソン・アイザックスというコンピュータサイエンスの准教授が、サブテリトリーチャレンジへの参加を模索していた。十分な数のロボットを揃えるには莫大な費用がかかるとアイザックスは言う。「博士課程のない小さな大学では、助成金を獲得できる可能性はほとんどありませんでした」。ノールドラーが彼に連絡を取り、チームを組もうと申し出たとき、それはまさにうってつけだった。

新チームはすぐに実力を発揮しました。シアトル近郊の未完成の原子力発電所で開催された第2回SubTイベントで、コーディネイテッド・ロボティクスは自費で参加したチームの中で、現実世界大会で2位、バーチャル世界大会で1位となり、合計50万ドルを獲得しました。「最終ラウンドでは、1ポイント獲得を目標に臨んだので、本当に嬉しかったです」とアイザックスは言います。

2020年秋に予定されていた次回の物理的な大会は新型コロナウイルス感染症の影響で中止となりましたが、バーチャル大会は開催されました。コーディネイテッド・ロボティクスは再び優勝を果たしました。

かつてルイビル・クラッシュド・ストーンの拠点だったメガ・キャバーンは、ルイビル動物園と州間高速道路264号線全10車線の地下に広がる100エーカー（約45ヘクタール）の通路とアーチ型の空間で、広大な空間を誇ります。現在のオーナーたちは、いまだにビジネスモデルを模索している様子が伺えます。建設中のオフィススペースがあり、ボートや車を保管している人々もいます。ジップライン（どうやら世界で唯一の「完全」地下式だそうです）やサイクリングツアーもあり、クリスマスシーズンには地元の人々が車でトンネルをくぐり抜け、イルミネーションを眺めます。

今週、メガキャバーンのごく一部がDARPAのために確保された。コーディネイテッド・ロボティクスのメンバーは、チーム「ガレージ」にいる。実際には、他の7つのチームと並んで囲いのある場所に過ぎない。大会前の最後の試運転の準備を進めており、緊張感が漂っている。彼らは「ここ何日も日光を見ていない」と冗談を飛ばす。彼らのロボットはテネシー州で遭難し、ギリギリで間に合うことができたのだ。DARPAがチームカフェを用意したかどうか尋ねると、折りたたみテーブルの上のピーナッツバターの瓶を見て、誰かが「あれが私たちのチームカフェです」と言った。私はカレンという、初めて見るロボットに気づいた。「マネージャーと話したいと言ったロボットですか？」と、場の空気を和らげようと尋ねた。ハーダーリングは呆然と私を見つめた。

Kevin Knoedler tinkers with a robot called KAREN in the Robotics lab at California State University Channel Islands.

大会まであと1日となった今、チームのガレージは活気に満ち溢れている。飛行するドローンの甲高い羽音が壁に反響し、不気味なクモ型ロボットやチーター柄のペイントを施した四足動物が床を走り回る。サファリパークのトラムがスタートゲートまでチームを送迎する間、ライバルたちはしばし立ち止まって拍手を送る。空気は湿っぽく（「ほとんどすべてのネジが錆びている」とハーダリングは私に言った）、過密状態の化学トイレの臭いがパンデミック対策のフェイスマスクを通して染み込んでくる。

様々なチームを訪ねると、多くのチームが同じことを話していることに気づいた。彼らは、地形を考えると、車輪式や無限軌道式のロボットよりも、脚式ロボットの方が明らかに優れていると主張しているのだ。（空飛ぶドローンが解決策のように思えるかもしれないが、チョン氏が「壁吸い込み問題」と呼ぶ、ドローンが壁に近づきすぎると発生する奇妙な空気力学的挙動に対処しなければならないことがある。あるチームは、狭い場所を通り抜けやすくするために、ドローンにひげをつけようとした。）

チームはまた、これらは10年前でさえ不可能だったと述べている。一例を挙げよう。2004年の第1回グランドチャレンジでは、ライダーセンサーは主にシングルビームだったとノードラー氏は言う。今日の4Kビデオで言えば、粗いフィルムのようなものだ。現在、メガキャバーンのガレージではマルチビームアレイがほぼ標準となっている。では、コーディネイテッドのマルチビームライダーを供給しているのは誰だろうか？それはベロダイン社だ。同社は1980年代から90年代にかけてオーディオ機器を製造し、その後、DARPAの支援を受けて自動運転技術へと事業を拡大した。

しかし、これだけの進歩があったとはいえ、物事がうまくいかない可能性は依然として数多くある。NASAの自律走行車研究者ジュリア・バジャー氏が、そのいくつかを列挙してくれた。このコンテストに出場する典型的なロボットは、複数のモーターとモーターコントローラー、それらを同期させる通信システム、モーターに接続された無数のギア、無数のセンサー、それらを動かすソフトウェアパッケージ、そしてブラックスポットが地面なのか急勾配なのかを判断するAIを搭載している。エラーは山ほどある。棚の近くを飛行していたドローンが書類の束を吸い込んで墜落する。クローラーが線路に乗り上げてしまう。「コンピューターでウェブカメラを動作させるだけでも、大変なことですよね？」とバジャー氏は言う。

初日、チームCoSTARの練習が散々な結果に終わったことが話題になりました。コース内の交差点で、ドローン1機が落下し、地上ロボットに轢かれてしまったのです。（CoSTARの主要メンバーであり、JPLの科学者でもあるアリ・アガ氏に話を聞くと、実際には「たくさんのロボットがドローンを轢いてしまった」とのことでした。）

その日の遅く、私はコーディネイテッド・ロボティクス社に再び合流した。彼らは、ドローンが飛び去らないようネットが張られたテストエリアでロボットの性能を試していた。チームは少し疲れているようだ。「あのケーブルを踏んではダメだ！」私がロボットの脆弱な通信ケーブルを踏みそうになった時、ノールドラーが怒鳴った。ロボットの不正確な現在位置認識を改善しようと土壇場で行った変更は、あまり効果を発揮しなかった。ロックダウンによるテスト不足が彼らに追い打ちをかけている。ノールドラーに明日についてどれほど楽観的か尋ねると、「今日の状況を考えると」と彼は疲れたように言った。「それほどでもないな」

翌朝、私は数人と共にメディア観覧エリアに案内された。洞窟のようなホールにある、カーテンで仕切られた小さな区画で、既にコースを進んでいるロボットからの粗い映像を観ていた。何が起こっているのか、ある程度は理解できた。カーネギーメロン大学から来た、馬が道に糞をしているように見える四足歩行ロボットは？通信ノードを落とし、迷路のような空間に網状のネットワークを構築しているのだろう。残りは謎だ。あのロボットは交差点で止まっていた。無限の判断ループに陥っているのだろうか、それとも他のロボットのための通信中継装置なのだろうか？ロボットたちと同じように、私も暗闇の中を動き回っているような気がして、すべてを一度に見ることはできなかった。

Coordinatedの走行が終了すると、チームには2ポイントが与えられた。ノールドラーも私も、それが表彰台には程遠いことは分かっていた。「チームは実際に全てのロボットを稼働させたので、本当に感心しました」と彼は言う。彼らはナビゲーションの問題に悩まされていた。「ロボットはコースのかなり奥深くで自分の位置を正確に特定できませんでした」とアイザックスは私に言った。「そのため、何かを見つけたとしても、ポイントを獲得できるほど正確に報告することができませんでした。」

シアトルでは素晴らしい成績を収めたロボットたちが、今日はなぜ及ばなかったのか、ノールドラー氏に尋ねた。「はっきりとは分かりません」と彼は答えた。一つの説は、今日のコースの床が凸凹していたため、ロボットの位置特定が狂ってしまったということだ。アイザックス氏はこの件について楽観的だ。「こういう学びは教室では決して真似できないものです」と彼は言う。「ケビンは素晴らしい指導者でした」

最終日の朝、全チームの演技が終わると、全員が大きなアーチ型の空間に案内される。その空間の片側には大きなステージがあり、両脇にはビデオモニターが設置され、巨大な DARPA の垂れ幕の下にハイライト映像が映し出される。暗闇の中、ソーシャルディスタンスを確保した折りたたみ椅子に座り、ロボットが洞窟を移動する様子を眺めていると、まるでクラフトヴェルクのコンセプチュアルアートのコンサートにいるような気分になる。普段は ESPN などのネットワークでビーチバレーなどの実況を担当しているカムリン・アーウィンが司会を務め、ジュリア・バジャーがジョン・マッデンを演じ、解説は専門家が担当する。テレビのスポーツ中継でおなじみのリズムや決まり文句に身を任せた。司会者たちは称賛に値するが、実にドラマチックな展開を見せる。「息を詰めて見ていましたよ」とアーウィンは、脚の生えたロボットが地下鉄のプラットフォームの端まで跳ねていくのを見て語る。

そして突然、実際のコースを見学できるという通知が届いた。ヘルメットと懐中電灯、そして30分の探索時間が与えられた。鉱山の入り口を抜けると、DARPAが作った偽の洞窟に入った。そこはプレハブの金属製ポッドが曲がりくねった迷路のように入り組んでいた。狭い通路の複合壁は、実際の洞窟の壁を画像スキャンしたものに基づいて作られている。鍾乳石が道を遮っている。ドンという音がして、ハーダリングは「ヘルメットをもらった理由が分かったよ」と言った。

歩きながら、チームメンバーはロボットが見た、あるいは見なかった遺物を声に出して教えてくれる。ある窪みにはサーマルマネキンが押し込まれ、「SubTチャレンジ最終イベントへようこそ」と繰り返し書かれている。地下ネットワークは驚くほど精巧に再現されている。鉱山事務所の壁には、色あせた「今月の優秀従業員」のカレンダーが貼られている。地下鉄駅には落書きや色あせたポスター、さらには閉鎖予定を告げる標識まである。DARPAの誰かが明らかに楽しんでいたのだ。この不気味で不可解で、障害物だらけの遊園地に送り込まれたロボットたちに、新たな敬意を抱く。

コーディネイテッド・ロボティクスは、現実世界の大会では最下位から2番目に終わったものの、バーチャル大会では3位となり、賞金25万ドルを獲得しました。バーチャル大会の総合優勝者は、バルセロナを拠点とするロボット工学者、ヒラリオ・トメ氏です。ルイビル大学には参加していなかったトメ氏は、後に私にこう語ってくれました。彼の成功は、ほぼ1年半にわたり週120時間という途方もない努力と、DARPAが大会準備のために提供したテスト環境の枠を超えた取り組みによるものだと。彼が開発したシミュレーションロボットは、「真に汎用性の高いソリューション」だったと彼は言います。

「『試験対策をしっかりやろう』という誘惑は常につきものです」とチョン氏は言う。しかし、既知の問題に過剰適合した解決策をロボットに施すと、未知の問題に対処できなくなる。これが「DARPAが関心を寄せていた問題の核心」だったのだ。トメ氏は、SubT研究とそこから得られる資金を、新会社が開発中の物理ロボットに活かす計画だ。彼はすでにバルセロナ消防署とのパイロットプロジェクトを発表している。

チョン氏にとって、ノールドラー氏がこの比較的新興の企業に地位を奪われたという事実は、彼の能力を反映するものではなく、むしろこの分野におけるイノベーションの急速な進展を示すものだ。「既存企業でいることは、以前ほど長くは続かない」と彼は言う。今日シミュレーションされたものが、明日は現実になるのだ。

この記事は、Coordinated Robotics が Urban Circuit の現実世界競技会で自費で参加したチームの中で 2 位になったことを明確にするために更新されました。

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