業界インサイト：ヒューマノイドロボット – 器用な手：テスラの改良された設計とセンシングの重要な役割

器用な手は、多様で複雑な作業を遂行するために、高い耐荷重性、触覚、高精度な動作制御、そして多自由度可動性を備えている必要がある。そのため、器用な手は開発障壁の高い技術であり、ヒューマノイドロボット設計の中核をなす要素である。

テスラは、人型ロボット「オプティマス」の可動範囲を22自由度（DOF）に拡張し、前世代の11自由度からほぼ倍増させた。この大幅な進歩により、より洗練された動作と操作が可能になる。

2024年の特許出願に基づくと、テスラの第3世代義手は、遊星歯車機構、ボールねじ、ケーブル腱を備えた腱駆動方式を採用している可能性が高い。モーターとねじは前腕部に埋め込まれている。モーターの回転はねじを介して直線運動に変換され、ねじが指骨に接続された腱を引っ張る。手首の動きによって生じる腱の変形を相殺するため、自転車のブレーキケーブルの機構と同様に、腱の周りに硬いバネが巻き付けられている。

Unitree Roboticsは、中国を代表するヒューマノイドロボット開発企業の1つです。同社のロボットは、優れた動作制御能力とバランス能力を備えていますが、その器用な手は、精度とデザインの面でテスラのOptimusにはまだ及ばないのが現状です。

最近、Unitreeは社内で器用なロボットハンドの研究開発プロジェクトを立ち上げ、AIアルゴリズムエンジニア、機械エンジニア、フルスタックメカトロニクス専門家を積極的に採用している。これは、ロボットハンドの機能向上を重要な競争優位性として戦略的に重視していることを示すものだ。

センサー統合は、器用なロボット操作を実現する上で中心的な役割を果たす。Ziwei Xiaらによると、器用な手のためのセンサーは、内部センサーと外部センサーに分類される。感覚処理は、計画、制御、学習の3つのレベルで機能する。

内部センサーは、関節の位置、力、トルクを監視し、リアルタイムのフィードバックを提供することで、誤差を低減し、動作精度を向上させます。これらは、動的な環境下での精密な作動に不可欠です。

外部センサーには、近接センサー、触覚センサー、マルチモーダルセンサーが含まれます。近接センサーは、接近段階で手と対象物との距離を推定するのに役立ち、触覚センサーは、接触時の力や対象物の特性に関する物理的なフィードバックを提供します。

初期の触覚センサーは、主に力と圧力の測定に重点を置いていました。これらは一般的に指先に埋め込まれ、圧電効果を利用して多次元的な力を検出します。しかし、空間分解能が不足している場合が多く、接触位置の検出に課題がありました。

この問題を克服するため、マルチアレイ触覚センサーがますます普及してきている。しかし、これらのほとんどは単一モダリティであり、圧力は検出できるものの、温度、質感、その他の環境要因は検出できない。

そこで登場するのが電子皮膚です。多種多様なデータタイプを捉えることができるマルチモーダルセンサーにより、ロボットは力、温度、質感などを感知し、人間の皮膚を模倣することが可能になります。その結果、電子皮膚は、様々な産業分野における器用なロボットシステムの実用化を加速させることが期待されています。