ソース：1X Technologies
整理：Felix, PANews
7月10日、ヒューマノイドロボット企業1X Technologiesは、新世代NEOヒューマノイドロボット用の腱駆動式ロボットハンドを発表した。25自由度（DOF）を備え、人間に近い器用さ、力、安全性、信頼性を実現している。
本稿では、1X Technologiesの公式紹介に基づき、このロボットハンドの詳細をお届けする。
このロボットハンドは、ヒューマノイドロボットのハードウェア能力のボトルネックを打ち破り、データこそがロボット性能を高める唯一の障壁となるよう設計されている。重要な次元において人間の手の性能に達し、それを超えることで、AIモデルが器用さによって制限されないことを確実にする。NEOロボットは今や、人間の両手がこなせるほぼあらゆる作業を、現実環境で求められる精度、適応性、そしてソフトなタッチで実行できる。
ヒューマノイドロボットは、両手をAPIとするコンピューターである
モデル、知覚スタック、脚部は、ロボットがどれだけ世界と接触するかを決める。一方、両手は、ロボットが何をできるか、何を知覚できるか、そしてそのロボットを基に開発するすべての開発者が何をできるかを決める。二指グリッパーを備えたヒューマノイドロボットは、開発者に対して「掴む」「置く」「押す」の3つの動作しか提示しない。そのプラットフォーム上で誰かが書くアプリケーションは、すべてこの3動作の組み合わせになる。能力の天井はソフトウェアの中ではなく、腕の先端にあるのだ。
指先で世界を体験する
見慣れない物体を手にした人を観察すると、彼らは硬度を感じるために押し、指先を滑らせて質感を感知し、重さを量り、輪郭をなぞって形状を判断し、握ったり離したりして弾力性を感じるのがわかる。触覚はカメラのように情報を受動的に伝えるものではない。それはひとつの実験なのだ。手は力を込めて問いかけ、その問いかけを行った関節を通じて答えを受け取る。これこそが人間が物体を理解する方法であり、人間が操作を最初に学ぶ方法でもある。すなわち、乳児期から数百万回に及ぶ探索を通じて。
つまり、手は知覚システムの末端に固定されたアクチュエータではなく、手それ自体がひとつの知覚システムであり、道具なのだ。そして道具としての質は、システム全体によって決まる。問いかけには、精密な力制御が必要だ。答えを読み取るには、バックドライブ性と力の透明性が必要であり、それによってフィードバックが伝達機構をそのまま通り抜けて戻り、駆動装置の中で止まってしまわないようにする。問いかけるには、自由度と精度が求められる。微細なニュアンスを感じ取るには、皮膚が必要だ。答えを素早く捉えるには、帯域幅が求められる。そして数百万回の探索には、堅牢性が求められる。探索とは接触であり、接触は必然的に摩耗を引き起こすからだ。
関節そのものがセンサーである
ほとんどのロボットハンドは読み取り専用のデバイスだ。位置指令を出すと、ハンドはそこへ動くが、意味のある情報は何も返さない。その原因は伝達装置にある。一般的な100:1や200:1のギア比では、摩擦力が接触力をモーターに届く前に吸収してしまう。手の関節自体に感覚がないため、設計者は外部センサーを取り付け、まるで感覚のない手をカメラで撮影するかのように、指先で起きていることを推測しなければならない。
NEOの両手は、読み書き可能だ。一流のエンジニアリングチームによってゼロから開発され、1X腱駆動装置を介して約5:1～15:1の低ギア比で準ダイレクトドライブアクチュエータを動作させる。25自由度すべて（指と手のひらの22完全駆動自由度に、手首の3自由度を加えたもの）がネイティブの力制御を備え、完全にバックドライブ可能だ。指を押せば、手はそれに反応し、加えられた力を正確に報告する。力は外へ流れ、情報は同じ物理経路を内側へ流れる。これが力の透明性であり、推力を計測値へと変換する。
さらに、これと並行してより繊細なメカニズムも働いている。固有感覚だ。各関節は閉ループであるため、手は見なくても常に自身の姿勢を感じ取ることができる。これは、目を閉じていても指先を合わせられるのに似ている。姿勢と力の行使は、常に同じ25の関節を通じて行われる。
25通りの問いかけ方
25の力覚自由度は、一体何をもたらすのか。それは関節そのもののためではなく、一連の把持動作と問いかけ方をもたらす。自由度の配分は、その数よりも重要である。NEOの自由度配分は人間の解剖学的構造と一致し、真に対向できる親指に重点を置いている。このアーキテクチャは、ロボットの操作能力と、実際の製造、制御、保守との間の最適なバランスを実現することを目指している。
これらの新型ロボットハンドは、細かい操作において人間のレベルに達するか、それを超えることができる。NEOは、レゴブロックの組み立て、財布からのネジやコインの取り出し、電球の回転と取り付け、ドライバーの使用、手の中で物体を回転させる操作、上着のファスナー開閉、色別のブドウの選別、やかんからのお茶の注ぎ分け、ソフトボールのキャッチ、USB-C充電器の挿入、ワイングラスを持つこと、ペーパータオルとスプレーでの表面拭き、手話によるコミュニケーションなどが可能であり、その機能はこれらにとどまらない。
25自由度を備えたこのロボットハンドは、IP68防水等級と食品安全基準を満たしており、NEOは人間のように自ら手を洗うことができる。母指CM関節のピークトルクは3.5 Nm、手指MP関節のピークトルクは2.6 Nm、遠位屈曲力は最大45 Nに達する。手首関節のトルクは17.75 Nmに達する。これにより、ロボットハンドは全手把握、道具使用、持ち上げと運搬、ドア開け、積載されたカートを押す操作、そして負荷をかけた状態での精密つまみ操作を、完全な柔軟性を保ちながら実行できる。±0.2 mmの位置決め精度により、小さな範囲での作業（および物体の感知）が可能だ。
最後の0.5ミリメートル
皮膚は情報チャネルを増やす。触覚データはひとつの画像だ。そこにはダイナミックレンジ、解像度、チャネル、視野が存在する。両手は指先と表面に、法線力、接触位置、せん断力を測定する、豊かで高解像度の触覚センシングを備えている。これによりNEOは、物体が滑り始める瞬間を検知し、リアルタイムで反応できる。可視化されたデータは、接触面の法線ベクトル、握手時の圧力ヒートマップ、壊れやすい折り紙をまったく損傷させずに繊細に把持する様子を示している。
皮膚の設計は、内部センサーおよびその背後にある腱と協調して行われている。それは装飾材料ではなく、機能材料だ。視覚だけでは多くのタスク（特に、小さく、透明で、変形しやすく、あるいは隠れている物体を扱う場合）に不十分であるため、この触覚フィードバックは、適応的な知的操作に不可欠である。
さらに、これらのロボットハンドは、数百万回のインタラクションサイクルを経ても性能を維持するよう、連続操作用に設計されている。信頼性は、腱の取り回し、ベアリング、指の構造、ケーブル配線、触覚統合、電子部品、組み立てプロセスなど、すべてのサブシステムとコンポーネントの設計に組み込まれている。コンポーネントおよび指の完全なアセンブリは、すでに数百万回のテストサイクルを経験しており、駆動ユニットは極端な温度下でテストされ、手首関節は高負荷下で200万サイクルを超える信頼性検証を完了している。
手全体がIP68基準に準拠していることで、安全性がさらに保証される。極めて低いギア比と、腱駆動および低い遠位慣性とが相まって、外部からの衝撃を受けても指を安全にバックドライブできる。スローモーション映像では、叩かれたり、ハンマーで打たれたり、閉まる引き出しに挟まれたり、発泡スチロールに衝突したりした際に、この手がどのように反応するかが示されている。
背後にあるハードウェア
アプリケーションプログラミングインターフェース（API）の性能は、その物理層に依存する。モーターは前腕に配置されており、これは人間の握力の大部分が位置する場所でもあり、手首を通る専用腱によって駆動する。軽量な手が、十分に低い温度を保ちながら、これほど大きな力を生み出し、連続稼働を実現する仕組みがここにある。
ロボットハンドは、自社開発のモーター、カスタム電子部品、組込みセンサー、専用腱システム、コンパクトな駆動装置、そして手専用のファームウェアを密接に統合している。この深い垂直統合により、迅速な反復と累積的な改善が可能になる。各デバイスは、腱材料と1Xモーターから、最終的な軟質ポリマー、皮膚、触覚センシングコンポーネントに至るまで、すべて内製されている。今年は1万個のロボットハンドを生産可能だ。
