ImPACT「タフ・ロボティクス・チャレンジ」の成果と東北⼤学タフ・サイバーフィジカルAI研究センターへの発展
東北⼤学タフ・サイバーフィジカルAI研究センター センター⻑
⼤学院情報科学研究科／災害科学国際研究所 教授
国際レスキューシステム研究機構 会⻑
IEEE Robotics & Automation Society 元会⻑ (2016-2017)

⽥所 諭
2019.6.8 ROBOMEC COCN WS

1

達成した世界初・世界⼀・世界有数 (1/2)
ロボ

主要な成果︓ロボットシステム および 要素技術

サイバー
救助⽝

・⽝の⾏動モニタリングと⾏動指⽰ができるサイバー救助⽝スーツ（世界初）
・⾮侵襲的に⽝に作業を指⽰する⽅法（世界初）・軽量で疲れないスーツ（世界⼀）・激しく動く映像から３次元運動とマップを推定（SLAM）（世界⼀）・⼼拍・加速度から、⽝のやる気を精度⾼く推定（世界⼀）・⽝の運動と、何をしているかを推定（世界⼀）・遠隔映像伝送、機械学習での遺留品発⾒・⽇本救助⽝協会訓練に毎⽉参加．⾏動計
測は試験により実⽤化に近づく

細径

・⽡礫内の数cmの隙間を⾃⾛・浮上しながら進⼊し，内部を調査（世界初）・ボディを浮上させて移動能⼒と捜索能⼒を向上（世界初）・⾶⾏する消⽕ホースロボ ドラゴンファイヤーファイター（世界初）
・騒⾳を除去し⽡礫内の⾳声聞き取り（世界初）・⾳響で索状ロボの姿勢推定（世界初）・⽡礫内で触覚により操作⽀援（世界初）・狭隘、急激姿勢変化、照明移動、超⼩型の条件下でカメラ映像から3Dマップ作成と位置推定（SLAM）（世界⼀）・空気圧による⾼速配管内移動・機械学習による⽡礫内物体の識別・発⾒・福島原発でプロトタイプ使⽤

太径・配管内外・ダクト・不整地・垂直はしごを⾃⽴移動できる索状ロボ（世界初）・様々な物体を精密位置決め無しに把持可能で，尖った物体でも持てる，柔軟ロボットハンド Omni-Gripper（世界初）・⽕の中でも物体を把持できる，柔軟ロボットハンド（世界初）・ボディ⻑さ1.7mに対して，1mの⾼さの段差を昇降可能な索状ロボ（世界⼀）・配管内での位置推定とマッピング
・ボディ接触分布を計測する接触・近接覚
センサ
・超多⾃由度を遠隔操作する⾃律機能・プラントや建築物での試験

索状
ロボ

2

達成した世界初・世界⼀・世界有数 (2/2)
ロボ

主要な成果︓ロボットシステム および 要素技術

脚ロボ

・プラント内を移動し，遠隔⾃律で点検ができるロボット
・50kgの物体を無通電把持できる30cmサイズのロボットハンド（世界初）・脚ロボットによる⾼トルク(100Nm)のバルブ開閉（世界有数）
・４⾜、２⾜、はらばい、⾞輪移動、垂直はし
ご昇降（世界有数）

・過去画像による遠隔操作のための仮想
俯瞰映像⽀援・⾃⼰位置推定と周囲環境の３次元地図作成
・周囲の⾳源定位情報マップ
・VRと仮想⾼速による遠隔操作⽀援
・フィールド評価試験により，プラント災害対応機能確認

⾶⾏
ロボ

・悪環境での⾶⾏と情報収集（世界有数）
・搭載マルチマイクロフォンによる地上⾳声聞
き取り、位置推定（世界初）
・悪環境下のロバスト⾶⾏（強⾵15m/s、降⾬300mm/h、構造物隣接1m）（世界有数）
・プロペラ２枚停⽌でも⾶⾏継続（世界有数）
・荷重2kg変化で⾼度変化50mm（世界有数）・アームによる物体把持、運搬・⾶⾏ロボの位置共有システム
・⾼精度３次元地図作成
・多重解像度データベース
・九州北部豪⾬災害における有視界外⾃律⾶⾏、⾼精細映像撮影、2Dオルソ画
像の提供

建設
ロボ

・⼆重旋回機構による重作業と精密作業の両⽅が可能な双腕ロボット（世界⼀）・双腕作業に必要な⾼出⼒・⾼精度制御を実現（世界有数）
・ハンド先端にセンサを搭載しない⼒覚・触覚フィードバックによる遠隔操作（世界有数）
・低摺動摩擦油圧シリンダ（世界有数）

・ドローンによる実俯瞰映像、および、複数カメラによる仮想俯瞰映像による遠隔操作⽀援
・煙霧を透過する視覚・没⼊型遠隔操作コクピット
・腕で⽀えながら遠隔操作による移動
・⽚腕で⽀えながらもう⽚腕で遠隔作業

3

ユーザが求める不可能・困難の克服（例）ソリューション

ユーザが求める不可能・困難点何が可能になったか

犬の行動と状態をモニタし，行動を誘導できるサイバー救助犬
スーツ

遠隔では犬の行動や状態が不明で， 救助犬が活動できる範囲が数kmに拡大し，行動指示もできないため，救助犬が 遠隔地からの活用が可能になった．（世界初）人の近傍でしか使えない．活動記録もとれず，使用効果が不明瞭．
人命救助

瓦礫内の数cmの隙間を自走・浮上して進入し，調査できるロボット

ギャップや段差での運動能力が不足で，調査範囲に限界があった．瓦
礫内の位置が不明．要救助者の声が聞こえない．

プラントの配管・ダク
ト・不整地・急階段・段差・狭所を移動できる索状ロボプラントでは運動能力が不足してい プラントにおける重要点検箇所について，るため，調査できる箇所が限定的で， 困難だったいくつもの箇所に移動可能にな省力化にならない．
り，視認検査が可能に．（世界初）
災害予防・緊急対応

多様な物体を把持でき、尖った物体や熱い物体も把持可能な
柔軟ロボットハンド

災害で求められる多様な形状の物 尖った物体や，熱い物体を把持可能な，柔軟ロボットハンド．（世界初）
体をハンドリングするには，複雑な制御が必要．尖った物体を持てない． 災害予防・緊急対応・人命救助
熱い物体を持てない．

50kgの物体を無通電把持できる30cmサイズのロボットハンド

災害や産業施設で必要な小型で高 無通電で把持力の維持が可能となり，高温出力のハンドが存在しない．把持力 にならず，指1本あたり150Nの把持力を発維持のために電力を使うため，熱の 生．（世界初）発生が大きな問題．
災害予防・緊急対応・災害復旧

飛躍的に調査範囲を拡大，見渡すことも可能に．瓦礫内の被災者の声を聞き，瓦礫内のマップ作成が可能になり，捜索性能が大幅に向上．（世界初）
人命救助・緊急対応・災害予防4産業的⾮連続イノベーションの進捗
研究協⼒企業以外でも，数⼗社以上が成果を活⽤・波及
ロボ研究者

所属

活⽤企業

活⽤・波及内容

⽝⼤野

東北⼤

古野電気
ドーン

サイバー救助⽝スーツの製造を委託
スマホHIの製造委託．⼭岳救助⽤ドローンとの連携（共同研究）

東北⼤

モリタHD*
清⽔建設*
三徳商事
＊＊＊＊
＊＊

Dragon Firefighterの本格開発を検討（共同研究）
能動スコープカメラプロトタイプを福島第⼀原発内調査に使⽤
触覚インタフェースの利⽤を検討（共同研究）
福島第⼀原発廃炉に使⽤検討（共同研究）
⾼速道路料⾦所設備定期メンテナンス活⽤の検討（試験検討）
ビルメンテナンス検査への活⽤検討（試験検討）

岡⼭⼤・
電通⼤

住友重機械
＊＊
多数
＊＊
WRS

索状ロボのボイラー点検活⽤を検討（共同研究）
索状ロボの発電設備点検活⽤を検討（現場試験）
配管・ダクト内，天井裏，床下の点検作業を検討（現場試験）
製品化の相談ロボットテストフィールドでの実証試験

⽇⽴製作所*＊＊
ベンチャー

福島第⼀原発の格納容器内調査での利⽤検討（共同研究）
産業⽤とでの活⽤を検討（現場試験）
ベンチャー設⽴準備中，官⺠ファンド東北⼤学ベンチャーパート
ナーズ BIP投資採択
真空対応アクチュエータユニットの開発（JAXA予算）
脚ロボのビルドインモータ技術での協⼒を相談
脚の使⽤の検討
福島第⼀原発内作業へのハンドの適⽤を検討（発注）ロボットハンドとしての使⽤検討

索状

索状

索状

昆陽

⻲川・⽥中

多⽥隈

東北⼤

脚

⾼⻄

早⼤

JAXA*
＊＊
＊＊脚

中村

並⽊精密

＊＊
＊＊

（* COCN災害ロボットPJ参加企業）

5

産業的⾮連続イノベーションの進捗
研究協⼒企業以外でも，数⼗社以上に成果を活⽤・波及
ロボ研究者

所属

活⽤企業

活⽤・波及内容（* COCN災害ロボットPJ参加企業）

⾶⾏

野波

ACSL

ACSL

開発技術を搭載，他社との明確な差別化

⾶⾏

⾼⽊

広島⼤

モーチュ，啓⽂社
製作所，HIVEC

実⽤化アームの開発，操法・教育のメニュー化．商品販売を⽬指す（共同研究）
無⼈航空機運航管理システムへの拡張と実⽤化（共同研究）
⼭中電⼒設備点検への実験評価（実証試験）
ドローン位置情報共有技術の⼩型化（共同研究）
ドローンの⾶⾏位置把握に関する調査（実証試験）

⾶⾏

三浦

NICT

＊＊
電源開発
スカパー
東北通信局

⾶⾏鈴⽊

早⼤

テラドローン

製品化・実⽤化に向けた協議

⾶⾏鈴⽊信州⼤＊＊インフラ点検ドローンの開発（共同研究）

阪⼤

ゼネコン＊
鉄道＊
＊＊
＊＊

⼟⽊建設⼯事への適⽤の検討
架線⼯事への適⽤の検討
⼯場内での重量物ハンドリング，組み⽴て機への適⽤の検討
次世代遠隔操作ステーションへの適⽤（共同研究）
建設機械の遠隔操作にドローンの適⽤を評価（共同研究）
橋梁点検での有線給電ケーブルを使った位置計測の検討
ヘリパッド張⼒調整機構に関する技術提供と製品開発

建設

吉灘

建設

永⾕

東北⼤

⼟⽊研究所
＊＊
＊＊

建設

⼭下

東京⼤

清⽔建設

福島第⼀原発の建設機械の遠隔操作に適⽤を検討（共同研究）

建設

⽥中

東⼯⼤

＊＊
NEC

可視・遠⾚外線同軸カメラの防塵対策を活⽤
煙環境模擬装置の活⽤

建設

⼤道

名城⼤

＊＊

不定形状の把持ハンドとして適⽤を検討

6

産業的⾮連続イノベーションの進捗
研究協⼒企業以外でも，数⼗社以上が成果を活⽤・波及

ロボ研究者

所属

活⽤企業

活⽤・波及内容（* COCN災害ロボットPJ参加企業）

⾼出⼒低摩擦油圧コンポーネントのベンチャーH-Muscle設⽴
産業⽤油圧ロボの開発への応⽤（受注）
重量物運搬⽤歩⾏ロボットへの適⽤の検討

油圧鈴森

東⼯⼤

H-Muscle
＊＊
＊＊

油圧桜井

ブリジストン＊＊＊＊

油圧⼈⼯筋の使⽤に関する問い合わせ
災害現場への適⽤に関する検討

油圧神⽥岡⼭⼤＊＊

冷媒の流量制御への使⽤の検討

画像

岡⾕

東北⼤

オープンソース

活⽤事例多数．問い合わせ多数

画像

⼭崎

信州⼤

IHI*

物体性状識別の⾃社製品への適⽤を検討（共同研究）

オープンソース＊＊＊＊＊＊

オープンソースHARKのパッケージとして公開．活⽤事例多数．
問い合わせ多数
タブレット端末の⾳声認識フロントエンドに適⽤
⾳源探索ドローンの活⽤の検討

⾳響

奥乃・中
臺

早⼤・ホンダ

学習多数

複数

多数

問い合わせ，共同研究等多数

HI

佐藤

名⼯⼤

＊＊

点検作業に使⽤を検討

オープンソース

シミュレータのソフトウェアを公開．ベンチャー設⽴
楢葉遠隔技術開発センターへの導⼊
福島ロボットテストフィールドへの導⼊トンネル事故災害対応復旧チャレンジシミュレータとして活⽤

WRS

プラント災害予防チャレンジ，災害対応標準性能評価チャレン
ジの競技フィールド開発・情報収集制御システムへの適⽤
災害ロボットの標準評価試験法の検討（共同研究）

シミュレータ⾦広

産総研

フィールド評
価⽊村・Sheh⻑岡技科⼤・Curtin

JAEA
福島県
WRS

NIST

7災害への出動・調査・訓練等の事例
ロボット

災害出動・調査・訓練等の事例

⾶⾏ロボット・PF-1, ACSL
・ロボハンド，広島⼤

九州北部豪⾬災害（2018年7⽉7〜8⽇）ドローンPF-1 (ACSL) が、3 kmのエリアを 60 km/h で⾶⾏し、⾼解像度オルソ画像 (2 cm/pixel) を収集、消防庁、防災科学技術研究所、他に提供。
尾道市防災フェア公開訓練（2018年10⽉14⽇）消防局，⾃衛隊との公開訓練
で，海で溺れているよう救助者に浮き輪を搬送する実証試験デモを実施．
南相⾺市⽴病院（2018年11⽉2⽇）病院からの情報把握，対応指⽰を実施．
2016年台⾵10号被災地 地形と地盤構造の調査を実施．
2008年岩⼿宮城内陸地震被災地 断層の地形計測を実施．

細索状ロボット・能動スコープカメラ、東北⼤

福島第⼀原発事故（2016年4⽉，2016年12⽉〜2017年2⽉）能動スコープカ
メラプロトタイプが、福島原発1号機の⽡礫内狭隘箇所内部の映像を撮影し、燃料棒搬送機、ウェルプラグ等の状況の3D把握に寄与。ウェルプラグ内の線量を測定。
熊本地震（2016年4⽉）能動スコープカメラによる建物被害調査
⻄⽇本豪⾬災害（2018年7⽉25〜26⽇）岡⼭市半⽥⼭⼟砂崩れ倒壊家屋調査

太索状ロボット・太索状ロボ、京⼤，
岡⼭⼤，電通⼤・Omni-Gripper，東北⼤⻄⽇本豪⾬災害（2018年7⽉25〜26⽇）Omni-Gripper，⾞輪型太索状ロボッ
トが、倒壊家屋から貴重品を回収，家屋内調査の実証試験を実施

スタンバイ（多数）
⽇本救助⽝協会と定期訓練を実施。イタリア国⽴⼭岳救助隊の救助⽝で試験。
サイバー救助⽝・サイバー救助⽝スーツ、 2017年より、救助⽝組織に貸し出され、実災害への適⽤のためにスタンバイ。
⼭岳救助隊からの活⽤の要請あり．地⽅⾃治体からの⿃獣被害調査への活⽤の要
東北⼤請あり．省庁の管轄する使役⽝に対して適⽤試験．

8

ImPACT-TRC︓まとめ•

災害のための「タフでへこたれない」ロボット技術開発。

•

サイバー救助⽝
実⽤化が進み、救助⽝団体による災害適⽤の実績待ち。事業化検討。

•柔軟グリッパ「Omni-Gripper」
実⽤化が進み、⽤途に即した商品化へ。BIP投資でベンチャー設⽴検討。

•

索状ロボット細径「能動スコープカメラ」
実⽤技術（移動・センシング）が整い、限定的実績。
使⽤法の⼯夫や、⽤途に即した開発により、適⽤拡⼤へ。

•索状ロボット太径
移動技術が⾼度化。⽤途に即した開発により実⽤化へ。

•建設ロボット
作業技術が⾼度化。現場試験により実⽤化へ。油圧ベンチャー設⽴。

•消⽕ロボット「ドラゴンファイヤーファイター」
新たな消⽕技術を提案。⻑尺化により実⽤化へ。

•ロボットシミュレータ「Choleonoid」
ベンチャー設⽴。
ドローンに続き、各種ロボットが危機管理の⼿段として実⽤化（期待）9東北⼤学タフ・サイバーフィジカルAI研究センター
Society 5.0を実現し、新たな未来社会Society 5.1へ導く➢ タフ・サイバーフィジカルAIによる新たな価値創造➢ ⽣産性及び競争⼒の向上、エネルギー，環境，災害，インフラ⽼朽化，⾼齢化など社会の課題解決

社会や産業のニーズを共に解決する「タフ・サイバーフィジカルAI研究センター」を設⽴
東北⼤学の強み▶▶タフ・サイバーフィジカルAI
じょうらん
タフネスとは︓実世界で稼働するAIは、無限定で様々な擾乱に晒された環境下で、サイバーフィジカルな“⾝体性”を以って実世界と関わる。また、“⾝体”の有限性から、取得できるデータ規模、定常性、品質などに制約を受けることになる。このような過酷な条件下で安定に⾼信頼で動作するロバスト性や柔軟性と適応性、そして広い適⽤性をタフと呼ぶ。
・実世界の無限定環境で安定に稼働するロボティクス（災害ロボティクス、極限ロボティクス）
・AI（⾔語化／⾮⾔語化、構造化／⾮構造化、少数例からの学習、説明可能性）
・スピントロニクスに基づくAI計算モジュール（低電⼒消費型、⾼速演算、セキュアな計算）
・交通・インフラにおける多元的データに基づく災害時などの⾮⽇常の検出と制御

タフ・サイバーフィジカルAI研究開発と社会実装➢ パートナーとの共同による根本的課題解決と新事業創出➢ 実⽤化研究開発・実証試験と，基盤研究の両輪➢ 課題の分析とモデリング，グラウンディング
実証フィールド

学内、福島県、⾼速道路、橋梁等

産業界

製造業、通信業、交通事業者等

社会との協働，課題への取組➢ 法制度（個⼈情報、安全性等）の整備➢ AI・ロボット活⽤の倫理➢ 投資を⽣み，⼈材が育ち，産業が花開く，圃場の整備
⾃治体

仙台市、宮城県及び隣接⾃治体

他機関

総務省、JAXA、国⼟交通省等

産業とアカデミアが共同で課題解決に取組み、⼈材育成、新たな価値創造を⾏うオープンイノベーションハブ
わが国の社会課題・産業課題の解決と国際競争⼒強化