MITの研究者、隠れた物体を見つけ出すロボットを開発

2021年8月30日, 18:00

マサチューセッツ工科大学の研究者は、視覚と無線周波数(RF)センシングを組み合わせ、目に見えない場所にある物体も見つけて掴めるピッキングロボットを開発しました。この技術は、eコマースの倉庫での活用に役立つ可能性があります。

近年、ロボットは人工的な視覚、触覚、さらには嗅覚まで獲得してきました。MITのファデル・アディブ教授は次のように述べました。「研究者たちはロボットに人間のような知覚を与えています。私たちは、ロボットに人間を超える知覚を与えようとしています」。

研究者らは、壁をも通り抜けられる電波を利用して隠れた物体を検出するロボットを開発しました。ロボット「RF-Grasp」は、この強力なセンシングと従来型のコンピュータビジョンを組み合わせ、本来なら見えないはずの物体を検出して掴みます。

この進歩は、いつの日か倉庫でのeコマースを効率化したり、ロボットが散らかった工具の中からドライバーを取り出す助けになったりするかもしれません。研究は2021年5月、IEEEロボティクス・オートメーション国際会議で発表されました。

eコマースが成長を続ける一方で、倉庫での作業は危険な労働環境にもかかわらず、依然として主にロボットではなく人間の仕事です。その理由の一部は、ロボットが雑然とした環境で物体を見つけて掴むのが難しいことにあります。現時点では、知覚と把持がこの分野の二つの障壁です。

光学的な視覚だけでは、ロボットは箱に入った物体や棚の別の物体の陰にある物体の存在に気づけません。可視光は当然ながら壁を通り抜けないからです。しかし電波は通り抜けます。数十年にわたり、RFID(無線周波数識別)は図書館の本からペットまで、あらゆるものの追跡に使われてきました。

RFIDシステムは、リーダーとタグという二つの主要部品で構成されます。タグは小さなコンピュータチップで、追跡対象に取り付けられ、ペットの場合は体内に埋め込まれます。リーダーが無線信号を発信すると、タグがそれを変調し、リーダーに反射して返します。

反射された信号は、タグ付けされた物体の位置と識別情報を伝えます。この技術は小売のサプライチェーンで普及しており、日本は数年以内にほぼすべての小売商品でRF追跡を利用することを目指しています。研究者らは、これほど大量のRFがロボットにとって、新たな知覚手段を与える恩恵になり得ると考えました。

研究者によると、RFは視覚とはまったく異なる知覚方法であり、その可能性を探らないのは誤りだといいます。RF-Graspは、カメラとRFリーダーを使い、カメラの視界から完全に隠れていても、タグ付けされた物体を探して掴みます。ロボットアームと、その先に取り付けられた把持用のハンドで構成されています。

カメラはロボットの手首に取り付けられています。RFリーダーはデバイスに依存せず、追跡情報をロボットの制御アルゴリズムに送ります。こうしてロボットは、RF追跡データと周囲の視覚的な映像の両方を常に収集します。この二つのデータストリームをロボットの意思決定に統合することは、研究者が直面した最大の課題の一つでした。

ロボットは各時点で、どちらのストリームを重視すべきかを判断しなければなりません。これは単なる目と手の協調ではなく、RF、目、手の協調です。ロボットは、対象物のRFタグにエコー要求を送って位置を特定し、探索と取り出しのプロセスを開始します。これは、背後からサイレンが聞こえ、その音源をはっきり確かめようと振り返る状況に似ています。

RF-Graspは、二つの補完的な感覚を使って対象物に狙いを定めます。物体に近づき、さらに操作を始めると、RFよりはるかに細かな情報を得られる視覚が、ロボットの意思決定で主導的になります。

RF-Graspは一連のテストで有効性を実証しました。カメラのみを搭載した同様のロボットと比べて、全体の動きがおよそ半分で、対象物を正確に特定して掴むことができました。さらにこの装置は、目標に到達するために、梱包材などの障害物を取り除いて環境を「片付ける」独自の能力も示しました。

研究者らは、これが透過性のあるRFセンシングを持たないロボットに対するRF-Graspの「不公平なまでの優位性」を示していると述べています。いつの日か、このロボットはeコマースの梱包倉庫で常時稼働できるようになるかもしれません。そのRFセンシングは、物体を操作したりバーコードを探してスキャンしたりすることなく、中身を瞬時に確認することさえできるかもしれません。

研究チームは、家庭での活用の可能性も見込んでいます。たとえばIKEAの椅子を組み立てるために適切な六角レンチを見つけるといった使い方です。また、なくした物を探す手助けもできるでしょう。このロボットは、どこに置いたかわからない鍵を見つけ出す「スーパー・ルンバ」になるかもしれません。