ロボットがまだ家事を自力でこなすのは難しい

人類は家庭用ロボットの時代が近づいたと思うたびに、まだ先は長いことを示す新たな研究が登場します。確かに特定の分野では大きな進歩が見られますが、それらを自律的に作業できるハードウェアプラットフォームへと統合することは、まだ遠い話に思えます。 

2021年6月、ブレーメン大学の研究者たちはICRA 2021で、「ロボットによる家事マラソン実験」に関する発表を行いました。この実験では、PR2ロボットにまず簡単な朝食用のテーブルセッティングを行わせ、その後テーブルを片付けさせることで、モバイルマニピュレーションのスケーラビリティと堅牢性を評価しました。

このような課題はロボットにとって容易にこなせるように思えますが、実際にはまだ深刻な問題です。

PR2の課題は、ボウル、スプーン、シリアルの箱、牛乳の箱をダイニングテーブルまで運び、朝食を用意することです。食後は、洗える物食洗機に入れ、シリアルの箱を元の保管場所に戻し、牛乳の箱をゴミ箱に捨てなければなりません。 

すべての物体は形状や外観が異なり、PR2には物体の位置（冷蔵庫の中、棚の上など）の象徴的な説明しか与えられていません。シナリオは非常に現実的ですが、同時に複雑であるため、ロボットが完了するまでに90分かかりました。

研究者たちは、認識、動作計画、把持、そして戦略立案の優れた働きに感銘を受けました。これは、部分的にしか構造化されておらず、ある程度ロボット向けに最適化された環境において、比較的複雑な課題を90分間完全に自律して実行したものであることを忘れてはなりません。 

実際、5回の試行のうち、ロボットはテーブルセッティングの課題を5回とも成功させました。完璧だったわけではなく、PR2はスプーンのような複雑な物体の把持に特に苦労しましたが、研究者らが開発した構造により、各失敗後にパラメータを調整して失敗した動作を繰り返し、回復することができました。 

長期的な視点で考えると、失敗しないことよりも、失敗から回復できることのほうが有用です。片付けの課題はロボットにとってより難しく、5回の試行のうち2回では、修復不能な失敗が発生しました。 

報告書にはこう書かれています。「テーブルの片付けは、テーブルセッティングよりも難しい課題でした。食洗機を使用することと、テーブルの端から遠くにある物体を横から把持することが難しいためです。5回中2回のランで、修復不能なエラーに遭遇しました。ある実行では、把持軌道が不安定で、ロボットがそれを完全には追跡できなかったため、把持中にPR2の指が牛乳を押し出してしまい、非常に不安定な把持になりました。」

「その結果、運搬の段階で箱が床に落ちました。テーブルセッティング中には、ロボットは倒れたカップを拾い上げてテーブルまで運ぶことに成功しましたが、PR2は床の牛乳の箱を持ち上げることができませんでした。また、別の修復不能なエラーとして、食洗機のラックがPR2の指に引っかかりました。さらに、シリアルの箱を縦型の収納に入れる際にも深刻な失敗が起きました。ロボットが非常に高く持ち上げる必要があったため、困難を極めたのです。把持を解除した際に箱が床に落ち、収納を閉じる際に箱が潰れてしまいました。」

報告書ではこれらのロボットの失敗に多くの注意が向けられていますが、90分間にわたって完全に自律して動作したこと自体は、今なお印象的であることを忘れてはなりません。研究者たちは、このような実験に取り組むことを約束し、ロボットを実践的な環境に置いて、長期間にわたり完全な自律性のもとで実際の課題をこなさせました。 

人間の家庭のような現実の環境で動作するロボットは、課題を遂行するために膨大な種類の知識を必要とします。そのような知識を得ることは困難です。その方法の一つとして自然なのが、人間のデモンストレーションから学習することです。近年、仮想現実技術は非常に普及し、利用しやすくなっています。 

仮想現実システムは、人が仮想環境と自然で直感的な方法でやり取りすることを可能にします。仮想現実で課題を遂行する人々について記録されたデータは、ロボットの学習に利用できる、日常活動に関する強力な知識源です。 

仮想現実システムを使えば、環境や課題のシナリオを容易に変更でき、実世界の出来事に関する高精度なデータを提供し、基盤となる物理法則にもアクセスできます。研究者たちは、仮想現実で得られた人間のデータからロボットを学習させる方法を見つけました。仮想環境と現実環境、そこにある物体、人間とロボットの能力の違い、そして課題の文脈の違いから困難が生じました。 

ロボットが現実世界で十分に役立ち、朝食の準備のような重要な課題をこなせるようになるには、私たちが考えていたよりもはるかに多くの研究が必要だと述べる研究は数多く存在します。