進化しながら「歩行」を学ぶ四脚ロボット「Dyret」 オスロ大研究者らが開発

 

 オスロ大学の研究者らがつくった四脚ロボット「Dyret」。歩いては倒れを繰り返すそのロボットは、実はその場で進化を遂げている。新しい環境や自分の体の状態の変化に自力で対応していくDyretは、ロボットが変化と多様性に満ちたこの世界を切り抜けるための希望だ。

PHOTOGRAPH COURTESY OF T?NNES NYGAARD/UNIVERSITY OF OSLO

がりがりの四脚ロボットが、倒れないように歩くのに苦労しているその様子は、最初のうちは哀れに見える。しかし、そのまま様子を見続けてほしい。だんだん上達しているのがわかるだろう。早くはないが、確実に上達している。

「Dyret」は自分で歩き方を学ぶロボットだ。そして、ロボティクスのとある新分野を研究する研究者たちによると、“進化する”ロボットでもあるという。

「進化ロボット工学」という新分野

二足歩行ロボットの「Cassie(キャシー)」[日本語版記事]やロボット犬の「SpotMini(スポットミニ)」[日本語版記事]は、丁寧に書かれたいくつものコードのおかげでぐんぐん進化している。

しかし、Dyretは違う。このロボットは、カーペットや氷といった特定の地表の歩き方を、トライ&エラーを通じて学習するのだ。

従来のロボットとは異なり、Dyretには歩き方をはっきり指定するコードは組まれていない。Dyretは特別なアルゴリズムと、長さを自動的に変えることで重心を調節する四肢によって環境に適応している。

これは「進化ロボット工学」というロボティクスの新分野だ。初めて歩く地形の歩行方法を、人の手助けなしでロボットにマスターさせられる可能性を秘めている。

失敗を重ねながら歩き方を学んでいく「Dyret」

ロボットが繰り返す“突然変異”

生物ではない機械を自然界の有機体のように進化させる--。これはつまり、ロボットを「自然選択説」に従わせるということである。

有機体の進化が起こる一因は、突然変異だ。変異が有益なものであれば、ある個体は生活環境に適応するための何か(周りによくなじむ体色など)を手に入れることになる。

結果この個体は生き延び、より多くの子孫を遺す。こうして、環境に適応した遺伝子が後世に受け継がれる。死という方法によって、自然淘汰は生物の集団から環境に理想的ではない遺伝子を排除するわけだ。

研究者たちはDyretの開発にあたり、まずロボットに歩くためのランダムな“解決策”を8つ与えた。そのひとつは、脚の長さを変化させることだった。

最初の8つの解決策は、どれも当たり障りのないものだった。「そのなかのいくつかを組み合わせて、新しい解決策を生み出します。まさに新世代の誕生です」と、オスロ大学で「Engineering Predictability With Embodied Cognition」プロジェクトを進めているロボット工学者のトゥネス・ニガールトは言う。

親が子どもを産むようなものだ。Dyretのコードは、解決策を少し編集して組み込む。「自然界で言う突然変異です」と、ニガールトは付け加える。

ロボットは地表の変化に気づかない

下の動画を見てほしい。モーションキャプチャ装置が移動距離や歩行速度を記録するなか、Dyretのシステムはさまざまな歩き方を試している。それに加え、ロボット自体に搭載されたセンサーも各歩行法の安定性を記録する。いい“解決策”であるほど、スコアも高くなる仕組みだ。

雪の上を歩くDyret。試行錯誤しながら歩こうとしているのがわかる。

「より安定したものや、より早い解決策のほうが選ばれる確率は高くなります」とニガールトは言う。結果として、ロボットは世代を重ねるほど進化するのだ。ちょうど、種が環境に適応していくのと同じように。

Dyretを新しい環境に投入するときにも、特別そのためにコーディングを行う必要はない。たとえもっと滑りやすい場所に置いたとしても、ロボットは勝手に歩行方法を適応させるのだ。

「ロボットは地表が変わったことにも気付きません。単に与えられた状況下でいちばん速く、安定して歩けるようがんばるだけなのです」と、ニガールトは言う。

体の状態の変化にも自分で対応

異なる環境下で歩行するために、Dyretは歩き方だけでなく体も変化させる。

4本ある脚は、それぞれ約12センチずつ伸縮させることが可能だ。ニガールトがロボットを雪上においた際、脚は安定しながらも適度な速さで歩けるくらい短くなったという。「脚が長いと重心が高くなるため、力が入りすぎたり安定性が失われたりするからです」

雪よりも摩擦が多く発生するカーペット上に置くと、Dyretは力強く大股で歩けるよう脚を長くした。

このシステムは、ロボットの体の変化にも適応する。「モーターのトルクを変えて実験したりもしました。バッテリーの残量が少なくなると自然に起きることです」と、ニガールトは言う。

というのも、脚が長いとロボットは力強く大股で歩けるようになる。「バッテリー残量が多いときには脚は長くなります。残量が少なくなると、脚を短くする代わりにスピードを上げようとするのです」

弱みを強みに変えるロボット

まとめると、Dyretは新しい環境だけでなく、バッテリー残量の低下といった自分の体の変化にも対応できるロボットなのだ。やはり少し間が抜けて見えるが、このロボットは弱みを強みに変える作業をしているのである。

「完璧な歩行方法を教えてもらえれば、ロボットなんて1週間でつくれますよ」と、ニガールトは言う。しかし、Dyretのような進化するロボットは、不完全な歩行方法を試して初めて移動できるようになるのだ。

その間、何回も転んだり、ほかの3本の脚を1本の脚で引きずったりすることもあるだろう。「従来のロボットにはありえないような失敗もできなくてはいけないんです」とニガールトは付け足す。幼児が歩き方を学ぶときと同じように、Dyretにも恥ずかしい失敗をする時間が必要なのだ。

すべてをコーディングすることはできない

「『進化は、なぜ役に立つのか』というのが大きな問いです」と、アムステルダム自由大学のコンピューターサイエンティスト、アゴストン・アイベンは言う(彼はこの実験には参加していない)。

「答えは2つあります。ひとつめは、これが明らかに効果的であるという事実です」。実際、われわれ人類が生まれたのは、結局のところ進化のおかげなのだ。「もうひとつは、従来のアプローチで解決できない課題に対する唯一の解決策となり得ることです」

この世界は変化や多様性に富んでいる。そんな世界をロボットに切り抜けさせるために、人間がシチュエーションごとにすべてコーディングすることなど不可能だ。「氷の扱い方はこう」「ちょっと溶けはじめた氷の扱い方はこう」「岩のよじ登り方はこう」「砂利道の歩き方はこう」などと、いちいち教えるわけにはいかないのである。

それは、さまざまなモノの持ち方をとってもそうだ。進化を通じて、ロボットは自分でその方法を見つけなければならない。

いまのDyretに、枕やマシュマロ以外のモノを運ばせたいと思うだろうか? 答えはノーだ。でもその子孫なら、そんな役割も果たせるかもしれない。