特 集

東 京 理 科 大 学 の ロ ボ ッ ト 研 究

ロボット，AI，そして，アシスト技術のパラダイムシフト

東京理科大学 工学部 機械工学科 教授

こばやし小林ひろし

宏

ロボットは定期的に話題となってきた．今は，ドロに関してであり，また，世界的に AI の研究を俯瞰しーン，倉庫内で稼働する AGV（無人搬送車），学術的にても，人間のような知能は自分が生きている間はできは，本来固いロボットとは異なるソフトロボットなどないだろうと予想できた．あれから 25 年が過ぎ，AIであろうか．10 年ぐらい前は介護支援ロボット，そはまさに全ての研究の中心になっているような印象をの 10 年前はホンダの二足歩行ロボットをベースとし受けるが，筆者は今でも，人間の知能に匹敵する AIた，「人間協調・共存型ロボットシステム」の研究開は，生きている限りできないだろうと思っている．

発（Humanoid Robotics Project：1998-2002. NEDO）で，筆者自身は物づくりが好きなこと，および，チュー

この時は人型ロボットで，あたかもすべての問題が解リッヒ大に行って 1 ヵ月で，上述のように，筆者が決するように思われていて，2020 年には自動車産業生きている間に人間のような知能はできないだろうと並みになるという予想まであった．さらにその 10 年思ったため，2 年間は AI の研究をし，その後はエン前の 1990 年前後は，極地や原子炉内で活動する極限ジニアとして，「本当に役に立つものを作ろう」と決作業用ロボットの国家プロジェクトがあった．原子炉めた．幸い，1998 年 4 月から本学に奉職することに内で活動するロボットについては，いわゆる原発安全なり，本当に役に立つ技術の模索を始めた．

説で不要とされてしまったようだ．結果，東日本大震

ちょうど 2000 年，マッスルスーツに代表されるア災で国産ロボットが活躍することができなかった．現

シスト装置の開発を思い付いた．上述のように，当時

在は遠隔操作のパワーシャベルなど，無人化建設機械は人型ロボットの最盛期で，人型ロボットで全ての問が活躍しているようである．1990 年代初頭の雲仙普題が解決できるような雰囲気であった．一方，筆者は，賢岳の復興にも無人化建設機械が投入されたが，不完技術は面白いが，手で持てるのは 100 g 程度の物（ペ全で誤動作が多く，人間が飛び乗って動作を止めたなイロード）であり，人間社会の中で，本当にどれだけどの逸話があるので，無人化技術は IoT の進化に伴い役に立つのか，疑問であった．2000 年ごろのある展

完成度は上がっている．

示会で，人型ロボットが階段を登るデモをしていたが，一方，AI は黎明期の 1990 年前後は，BLACK BOX

階段の高さ調整を mm 単位で行っていた．当時の制で何が行われているか分からないと批判的な意見も多御技術には限界もあった．そのような背景の中，筆者かったが，20 年以上の時が過ぎ，完全に社会インフは本当に役立つ技術を模索していたが，「生きていくラ化している．20 年前の人型ロボットのように，ITうえで一番困ることを解決できたら，それは本当に役機器の普及と高度化に伴い，AI があれば全てが解決に立つことではないか」，と考えるようになった．そされるだろうと考えられているように思う．1990 年，して，自分にとって一番嫌なことは，動けなくなるこ

ちょうど大学院に進んだ筆者は，AI，つまり，ニューと，自立できなくなることだと考えるに至り，「生きラルネットワークを用いた人の顔の表情認識の研究をている限り自立した生活を実現する」装置を開発しよ行っていた．博士課程では，それに加えて人の顔と同うと決めた．

じような表情を表出する顔ロボットを製作し，表情の自立には様々な面がある．精神的な自立，経済的な自動認識と顔ロボットによる表出を実現した．その際自立，最近では情報に関する自立（情報を思いのままにに，表情の認識，つまり Sensing と，表情の表出，つ扱う）などであるが，筆者が考える自立は物理的・空まり Actuating を結びつけるのは制御（AI？）なので，間的・肉体的なもので，動き続けることができるといその研究をしようと思い，日本学術振興会の海外特別う意味での自立であり，Actuating 技術である．あく研究員として，1996，97 の 2 年間，チューリッヒまでも肉体的なことで，情報だけ自由に操れれば良い大学の AI Lab. に在籍した．その時の研究内容は蟻の自立ではない．最近は，AI やバーチャル空間（これもナビゲーションに関するもので，AI というより機能30 年以上前から VR などとして提案されたが），電子マネ4特集

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ー，電子商取引など，電子化・情報化に支配されているが，人間が考え，扱える情報量には限界があり，また，いくらそれらが高度化され洗練されても，それは肉体的なものではなく，人間の体を動かすための技術ではない．その意味では，情報，IT 一辺倒になりすぎている感がある．
一方，筆者が 2000 年から進めているアシスト技術は，肉体的自立を支援するものである．情報だけでは体は動かせない，体を動かし続ける技術は不可欠，という強い信念に基づいている．ここで，筆者が開発・製品化したマッスルスーツを簡単に紹介する．

【図 3】腰補助用マッスルスーツの構成検討した【図 2】．しかし，服がずれる，関節や骨に負担がかかるなどの問題を認識し，外骨格に変更した．
この腕補助は，複数の企業からの依頼があり，現場で検証試験を行った．その際，ほとんどの作業者が腰を痛めていることが分かり，2006 年から腰補助に特化したマッスルスーツの開発に着手した．
【図 3】に示すように，マッスルスーツは背中フレームと，ももフレームからなり，両者は回転軸で接続

マッスルスーツの最大の特徴は，空気圧式の McK-されている．人工筋肉の一端は背中フレーム上部に固ibben 型人工筋肉を採用していることであり，人工筋定し，他端に設置したワイヤの一端をももフレームに肉を能動的（アクティブ：外部から圧縮空気を供給）・受固定している．人工筋肉に圧縮空気を供給する能動的動的（パッシブ：内部に圧縮空気をためて使用）に採用しな使い方の場合は，使用者が呼気スイッチなどで電磁ているのは，世界的にみてもマッスルスーツのみであ弁を介して人工筋肉に圧縮空気を供給し，その収縮にる．McKibben 型人工筋肉は，1957 年に Joseph McK-

伴い回転軸周りに背中フレームが①のように回転，そibben 氏が，四肢疾患のリハビリテーションや装具用れにより発生する②の方向の反力をももパッドで受けのアクチュエータとして発明した．空気圧式のためコる．実際に使用する場合は，人工筋肉に圧縮空気が送ンプレッサが必要で，空気圧は圧縮性があるため精密られると，まず，ももパッドに大きな力を感じ，そこな位置制御は難しいが，軽量で柔らかく，非常に大きを支点として上半身が起こされるような感覚となる．

な収縮力を発生するという特徴があり，人間の動きをこの構造では，膝を曲げずに上半身を起こす動作およ滑らかに力強く補助するためには適していると考えた．

び，上半身を直立状態にして腰を落として脚の力で物

現在使用している McKibben 型人工筋肉は，直径を持ち上げる動作のどちらでも補助ができ，結果とし24 mm，自然長 280 mm，重さ 115 g で，【図 1】にて腰や脚への負担を軽減する．

示すように，0.5 MPa を入れると最大 250 kgf の引っ2014 年の販売開始当初の腰補助用マッスルスーツ

張り力を発生し，1700 N の負荷時の試験において，は，コンプレッサやタンクから圧縮空気をスイッチで100 万回以上の耐久性を確認している．また，収縮人工筋肉に供給するアクティブタイプであったが，利率は全長の 30％ 程度が最大となるが，縮むほど引っ用者から張り力が弱くなるため，マッスルスーツでは－5～8① コンプレッサと，コンプレッサから空気圧を供給％ 程度までを使用している．自然長より伸びた状態するチューブ，もしくはタンクが邪魔で使いにくい（【図 1】：軸がマイナスの領域）では大きな収縮力が期待② スイッチなどのインタフェースの扱いが面倒くさでき，この特徴を用い，後述する受動的なモデルを実現している．
開発を始めた 2000 年当初，マッスルスーツは人間のような内骨格で，最も簡単そうに思えた腕の補助をい，もしくは適していない③ 重い④ 値段が高いと常に指摘されていた．そこで，これらの問題を解決
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【図 5】McKibben 型人工筋肉の体積変化【図 4】受動（パッシブ）モデルの出力した「パッシブモデル」を開発した．ている．
以上のように，マッスルスーツはアシスト装置としマッスルスーツで使用している McKibben 型人工て開発し，販売してきた．まだ十分に普及はしていな

筋肉は，上述の通り，自然長より伸びる特性を持ついが，アシスト技術とロボット・AI 技術，アシスト（自然長より伸ばすことができないタイプも市販されている）．

技術のパラダイムシフトについて考えたい．

マッスルスーツを装着している場合，体を屈曲すると，まず，アシスト技術とロボット・AI 技術について【図 4】に示すように人工筋肉は伸ばされる．この時述べる．マッスルスーツはロボットか，と時々聞かれの人工筋肉内部の体積変化を【図 5】に示す．この図るが，おそらく厳密にはロボットではない．一般的にから分かるように，体積は減少して半分以下となる．

ロボットは，Body にセンサ，アクチュエータ，制御

従って，直立時にある程度の空気圧を入れて空気の出装置（AI）を有する．一方，現在のマッスルスーツは，入りを遮断すると，屈曲により体積が減るため，（圧Body とアクチュエータ（人工筋肉）のみで構成されて力）×（体積）が一定であることより，内部の圧力はいる．開発当初は，アクティブに空気圧を制御してい増加する（ボイル・シャルルの法則）．例えば，直立時たのでセンサも制御装置も有していた．つまり，マッに 0.2 MPa の空気圧を入れておけば，屈曲により体スルスーツは圧縮空気を動力源としており，その入出積が 1/2.5 になるとすると，圧力は 2.5 倍の 0.5 MPa

力制御のために，センサと制御装置を必要としていた．となり，外部から 0.5 MPa 供給する場合と同等の引しかし，実際の使用場面ではできるだけシンプルであっ張り力が発生可能となる．結果として，【図 4】にったほうが良く，ユーザの要望もあり，それらを無く示すように，100 Nm の伸展トルクが実現できる．

したパッシブ方式にした．もちろん，センサにより人

このように，このパッシブモデルでは，コンプレッ

間の意図（動く方向，速度，加速度，力）を自動的に読サもチューブもタンクも不要で，最初に空気圧を入れみ取り，人間の思い通りに制御ができればアクティブるだけで良い．また，しゃがむ際は人工筋肉を伸ばしでも良かったかもしれないが，センサや AI が進歩して人工筋肉内の圧力を高くするために力が必要だが，た現在においても，人間の意図をセンサで読み取るこその力が起き上がる際の補助力となるため，補助力発とは，非常に単純な場合を除いて困難である．

生のタイミングは自分で動きの方向を変えるだけで良一方，マッスルスーツと同様に腰を補助する装置で，い．従って，スイッチなどのインタフェースを使う必ロボットとしての要素を満たす製品を，国内では 2要が無い．さらに，バッテリー，電気回路，電磁弁な社販売していた．それらはモータを用いるもので，非ども必要が無いため，使用環境を選ばず，連続して使常に高額であった．高額なこと，思い通りに動かせな

い続けることができるという特徴もある．

いことがおそらく主な理由で，1 社は会社清算，もう2014 年の発売以来，マッスルスーツはほぼ毎年モ1 社の製品は市場で見かけない．このようにアシストデルチェンジを行い，外骨格としては，世界的にも圧技術においては，ロボット技術も AI も，実際の使用倒的な安価（136,000 円：税別）を実現した普及モデに耐えうるだけのスペック・価格には，現時点では残ル：マッスルスーツ Every を 2019 年 11 月から販売

念ながら至っていない．ただし，マッスルスーツをは開始するに至り，2021 年 4 月時点で，累計出荷台数じめ，これらの製品が社会的には話題となり，腰補助2 万台を突破した．現在は 17 の国と地域で販売をしの重要性が認知されてきたことは間違いなく，現在は，

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サポータ的なものが多く製品化されるようになっている．ただし，それらの補助効果は極めて限定的であり，おそらく，安い（3～5 万円程度），体につけても邪魔ではない，という理由で今は購入されていると思われる．
次に，アシスト技術のパラダイムシフトについて述
べる．マッスルスーツの紹介時によく言われたことは，a．反力を受けるももが痛くなるのではないか
b．アシストされる部位が弱くなるのではないか
c．ももパッドがももに押し付けられ歩きにくいである．a については，仕様的にどれくらい力がかかるかは言えるが，長く使う場合の体への影響は，正直，分からなかった．販売開始から 8 年経つが，最近は全く言われることがなくなり，結果的に懸念に過ぎなかった．b については，肉体作業により必要以上に使用している筋力を補っているだけのため，その部位の筋力が弱くなることは考えにくかった．これも最近は言われることがなくなった．c に関しては，マッスルスーツの構造上，どうしても仕方のないことで，歩行時に，歩行動作の妨げにならないようにする構造的対策を，オプションとして用意した．
以上は，ネガティブな意見に対して，結果的にはそうではなかった，もしくは対策をしたという話である．
ところでマッスルスーツは，腰を補助する装置であり，訓練前

訓練後【図 6】機能訓練前後の姿勢変化

けにとどまらない．アシスト装置ではなく，トレーニング装置，機能訓練装置としての側面を最後に紹介する．まず，通常のアシスト時のように，空気入れで空気をためるパッシブな場合である．これは，装着しているだけで股関節の伸展が誘発されるため，装着して大股で歩行するだけでも効果がある．お辞儀運動やスクワット，直立から片足を前に出して腰を落とし，また直立に戻るフロントランジ，もも上げなどを，息を吐きながらゆっくりやるだけでも十分である．このようなほんの数分の動作で，インナーマッスルが強化されるが，筆者の経験では，体重の減少，体脂肪率の低下，ヒップが小さくなる，などの効果があった（効果には個人差があります）．

下半身に対して上半身をまっすぐにさせる，いわゆるまた，コンプレッサから圧縮空気を送るアクティブ股関節を伸展させる機能を有する．上半身を曲げる場

な場合は，前屈（下半身に対して上半身を曲げる）から合は，通常は重力を用いるため自分の筋力を使う必要の伸展時に補助，スクワットで立ち上がる際に補助をはないが，この機能により，マッスルスーツをつけるするだけで，股関節の位置がリセットされ，骨盤の傾と，屈曲するためには腸腰筋などのインナーマッスルきが矯正されるようである．結果として，歩行困難者を使う必要がある．また，ももを曲げる・上げるためが歩行しやすくなったり，健常者ではウエストが細くに，通常以上の力を必要とし，インナーマッスルや大なり姿勢が矯正される【図 6】．発声もしやすくなり，殿筋を使うことになる．この効果により，通常では鍛目線も上がるようである．このような即時効果は，こえられないインナーマッスルが鍛えられる．つまり，れまでの装置で実現されたことはないと思われる．

マッスルスーツの使用により，より健康な体になる，アシスト用に開発，製造，販売してきたマッスルスということで今までは考えられていなかった，まったーツは，その効果を定量的に知ってもらうために，シく新しい効果が得られるという点で，パラダイムシフ

ミュレーション，筋電位，重心動揺，NIRS，作業のトだと考えている．インナーマッスルを鍛えることは，効率化など，様々な情報を提供してきた．しかしなが安定的な歩行を持続することにつながるためフレイル

ら，それらがいわゆる「刺さる」ことで購入につなが対策になる．加えて，腰痛はインナーマッスルの衰えることはあまりなく，価格，重さ，大きさ，動きの拘により，背筋とのバランスが崩れて発生することが分束，などが購入意欲をそぎ，本当に困っている方以外かっているため，インナーマッスルの強化は，その予には採用されていない感がある．一方，姿勢矯正はそ防にもつながる．の場で確認でき，さらに健康増進にもつながることで以上のように，マッスルスーツを使うとより健康にあり，これはより広く社会に貢献することでもあるのなる，ということが，アシスト装置のパラダイムシフで，今後は，この側面からも研究を進め，展開していトであるが，マッスルスーツの機能・効果は，それだきたいと考えている．
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