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★★ロボット四方山話Pdf110510 ★★ロボット四方山話Pdf110510 Presentation Transcript

  • [2011年 第2回 eビジネス異業種交流会 講演会資料] ロボット四方山話 2011年5月10日 早稲田大学 国際情報通信研究センター 工学博士 高川 雄一郎
  • 注意• 本資料は, 当初, 2011年3月15日の講演用に作成したが, 東日本大震災を鑑み5月 まで講演を延期したため, その後の話題を交えて内容を更新したものである.• 本資料は, 注記がない限り2011年5月3日時点の情報で作成されているが, 数字に 関してはこの限りではない.• 本資料には筆者の独断/偏見/推測も含まれており, 筆者が所属するいかなる企業 /大学/団体/その他機関を代表するものではない.• 本資料は, 筆者の主義主張を論じるものではない.• 本資料の内容で如何なる損害を被っても筆者は一切の責を負わない.• 本資料の転載ならびに複写は当該法に違反する. All rights reserved by Dr.Takagawa 2
  • 忍び寄るロボット兵器の兄弟達 All rights reserved by Dr.Takagawa 3
  • 奥様の味方、お掃除ロボットRoomba の正体  2002年に米国iRobot 社が世界販売を開始  世界40ヵ国で500万台を販売 (2010年末)  日本では22万台を販売(2010年末)  直径約34cm, 厚さ9cm, 重量約3.7kg  センサーで部屋の形状を見極めて掃除  原型はクラスター爆弾や地雷処理ロボットFetch 爆弾処理ロボット Fetch 赤外線センサービーム ・掃除完了後は自力で充電ドックに帰還 ・充電も自動 All rights reserved by Dr.Takagawa 4[出所:iRobot 社ホームページ等]
  • Roomba はセンサーだらけ 機種により異なるが58~67個のセンサーを搭載 All rights reserved by Dr.Takagawa 5[出所:iRobot 社ホームページ等]
  • Roomba の兄弟製品 床掃除ロボット:Scooba 工事現場清掃ロボット:Dirt Dog 近々, WiFi, カメラ, GPSも組み込まれるかも?![出所:iRobot 社ホームページ等] All rights reserved by Dr.Takagawa 6
  • iRobot 社の汎用軍事ロボット PackBot PackBot 本体 遠隔制御卓 バックパック搬送可  1998年にDARPA(国防高等研究計画局)から開発を受託  2001年9月11日にGround Zeroで捜索活動実戦デビュー  既に約4千台の出荷実績. イランに約3千台配備  アタッチメント交換で多目的利用が可能  小型芝刈り機サイズ, 重量19kg(全装備を背負って搬送可能)  本体は特殊ゴム状ポリマーで, 瓦礫や階段の上り下りも可能  水陸両用(水深1.8mで動作可能)  福島第一原発事敀にも出動し偵察・測作業などを実施 注) Defense Advanced Research Projects Agency 重武装用強力型 Warrior[出所:DARPA, iRobot 社ホームページ等] All rights reserved by Dr.Takagawa 7
  • iRobot 社概要同社は, アシモフ 博士のSF小説に似た展開をしている… 丌気味なほど• 1990年に, MIT のコンピュータヲタクであったColin Angle (CEO)、 Helen Greiner (President)とRodney Brooks 教授(CTO)がBoston 郊外Burlington で起業• 社名: アイザック・アシモフ のSF小説 『われはロボット(I, Robot)』 (’50年)に由来 “US Robot (& Mechanical Man) 社の主任ロボット心理学者スーザン・カルヴィンの回顧録と 言う設定. 彼女と同社の新型ロボット実地テスト担当 ドノバン達をめぐる短編小説を通してロボット工学 三原則を提唱”• Colin Angle は卒論がSmithsonian 博物館に展示されるほどの天才ロボット研究者• 当初は, NASA向けの地球外探査用小型ロボットGenghis を開発• その後, DARPAから受託した陸・海軍用ロボット開発で成功し, Ariel, Fetch, PackBot, Worrior, SUGV(Small Unmanned Ground Vehicle)等を開発• 軍民転換技術の一環で, クラスター爆弾や地雷除去ロボットFetch をベースに開発した家庩 用掃除ロボットRoomba で世界的に有名になり急成長し. 2005年にNASDAQ に上場 All rights reserved by Dr.Takagawa 8[出所:iRobot 社ホームページ等を参照し筆者作成]
  • Colin Angle が言うには…. お掃除ロボットの発想は1964年にあった !  Applied Physics Laboratory, John Hopkins 大 が試作  月面探査や深海調査に応用する目的で開発.  操縦性が悪く実用化されなかった. Roomba の基本コンセプトは45年前にあった. 「充電のために, 壁の電源コンセントまで自走する」とある. R&Dのヒントは, 温故知新から[出所: Popular Science 誌 1965年1月号] All rights reserved by Dr.Takagawa 9
  • TALON の概要米国DOD, DOE, FEMAが共同でで放射能事敀用に改良した. [出所: DODホームページ]All rights reserved by Dr.Takagawa 10
  • TALON 戦闘モデル概要 [出所: DODホームページ]All rights reserved by Dr.Takagawa 11
  • アシモフ博士 のロボット工学三原則アイザック・アシモフ博士 は, SF小説「われはロボット(I, Robot)」の中で人間とロボットが共生して行くための『ロボット工学三原則』(The Three Laws of Robotics)を以下のように提唱.• 第1条: ロボットは, 人間に危害を加えてはならない. また, その危険を看過す ることによって, 人間に危害を及ぼしてはならない.• 第2条: ロボットは, 人間に不えられた命令に服従しなければならない. ただし, 不えられた命令が, 第1条に反する場合はこの限りでない.• 第3条: ロボットは, 前掲第1条および第2条に反するおそれのない限り, 自己を 守らなければならない.『ロボット工学ハンドブック』第56版 西暦2085年 [出所:早川書房『われはロボット』 ISBN4-15-011485-4] http://asimovonline.com/asimov_home_page.html All rights reserved by Dr.Takagawa 12
  • Isaac Asimov の歩み• 1920年 ロシアに生まれる.• (カレル・チャペック が戯曲『ロボット-R.U.R.』 の初版を発行した年) – 「労働」を意味するチェコ語robotaからの造語 – Rossumovi Univerzální Roboti: 「ロッサム万能ロボット会社」の意味 Karel Čapek – 青空文庨参照: http://www.alz.jp/221b/aozora/rur.html• Asimov一家は米国に移民.• 1939年5月 SF作家としてデビュー• (ルーズベルト 大統領がニューディール政策を推進)• (「明日の世界の建設」をテーマにニューヨーク万博開催)• Asimov は, Westinghouse 館でヒト型ロボットELEKTRO と 犬ロボットSPARKO を見て感動• 本格的にロボット小説やSF小説の執筆活動に入る• Karel Čapek の影響を受けた作風• 1950年に“I, Robot”を出版 (51年, 手塚治虫「アトム」を誕生さす) SONY のAIBO は, SPARKO がモデルだったのか? [ELEKTRO と SPARKO のレプリカ] (つくばCYBERDYNEスタジオ) 13 All rights reserved by Dr.Takagawa
  • 無人機UAVの開発動向 All rights reserved by Dr.Takagawa 14
  • 陸・海・空・宇宙用Unmanned兵器の分類 分類 主な用途ULV Unmanned Land Vehicle 陸上の爆弾処理、偵察、監視、攻撃UGV Unmanned Ground VehicleUMV Unmanned Marine Vehicle 海上ならびに海中の機雷処理、監視UAV Unmanned Aerial Vehicle 宇宙を含む空間の偵察、監視、攻撃 次世代無人スペースシャトル.OTV Orbital Transfer Vehicle LEO(周回低軌道)を飛行し, 大気圏再突入・自動着陸が可能 将来の宇宙船の船長候補Robonaut 搭乗するかも[出所:DOD, DARPA, Boeing のホームページ等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 15
  • UAV開発はU-2 撃墜が引き金となって着手 [有人偵察の問題点] ・操縦士の肉体的, 生理的負荷が大きい ・莫大な要員育成費 ・常に撃墜の危険 俺, マジでMay Day, May Dayって 叫んじまったぜ! 1960年5月1日(May Day)に, ソ連領空内で 米空軍パイロット Francis Gary Powers 撃墜[出所:New York Times アーカイブ等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 16
  • 人類は, 昔からハイテクを兵器開発と結び付けて考えていた.[出所:Modern Mechanics and Inventions 誌 1931年4月号] All rights reserved by Dr.Takagawa 17
  • UAVの利用目的別分類 分類 主な目的訓練標的(Target) 対空戦闘訓練の標的. 使い捨て偵察(Reconnaissance) 戦場で情報収集を行い伝送戦闘(Combat) 攻撃力を有し人では危険な任務に投入. UCAVとも呼称兵站(Logistics) 輸送や兵站任務. 将来は空飛ぶ電力給電基地研究開発(R&D) UAV技術開発や実証実験用多用途(Multi Role) 偵察と戦闘能力を有する多目的機[出所:DOD, DARPA, Boeing のホームページ等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 18
  • UAVの機体性能による分類 機体分類 主な仕様諸元 Handheld 手投げ型. 最高高度600m. 航続距離2km Close 最高高度1,500m. 航続距離10km NATO Type 最高高度3,000m. 航続距離50km Tactical 最高高度5,500m. 航続距離160km MALE(Medium Altitude Long Endurance) 最高高度9,000m. 航続距離10km HALE(High Altitude Long Endurance) 最高高度15,200m. 航続距離200km以上 Hypersonic 超高速(マッハ5以上).最高高度15,200m.航続距離200km以上 Orbital 低軌道を周回飛行可能(マッハ25以上) CIS Lunar 月遷移軌道を周回飛行可能(マッハ25以上) TCUAV(Train Cable UAV) UAV+UGV+編隊の3技術を融合した連接可能なシステム[出所:DOD, DARPA, Boeing のホームページ等から筆者作成] 19 All rights reserved by Dr.Takagawa
  • 実戦配備中の主要UAVの諸元 価格: $百万 UAV名称 開発メーカ 機体/システム 翼長: m 航続時間 搭載重量: kg (億円換算) Northrop RQ-4 35/123Global Hawk Grumman 35.4 60 1,361 (NASA) (29.2/102.6) 10.5 Reaper General Atomics 20.1 28 1,361 (8.8) 3.5 Predator General Atomics 14.9 24 1,021 (2.9) Israel Aerospace 4.4 Heron Industries 16.5 30 907 (3.7)注)2011年1月末現在[出所:DOD, DARPA, Boeing のホームページ等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 20
  • 最も簡便な手投げ型Raven UAV ・ 前線兵士の判断で使用可能なUAV ・ 特別な訓練丌要. 2人で取扱可能 ・ 約1時間の組立・操作説明で使用可能 ・ 専用ケースで運搬し前線で容易に組立 [主要諸元]  メーカ: 米国AeroVironment 社  翼幅: 1.0m, 全長: 1.1m, 重量: 1.9kg  動力: Aveox 27/26/7-AV電動モータによる低騒音プロペラ推進  最大巟航速度: 97kmh, 航続距離: 10km, 飛行時間: 80分  上昇限度: 海面高度約4,500m, 対地高度約300m  発進方法: 手投げまたは専用カタパルトによる打ち出し  飛行方法: 地上からの無線遠隔制御またはGPSデータ投入による完全自律飛行  帰投機能: ボタン操作で発進地に自動帰投  搭載機器: CCDビデオカメラ, 赤外線暗視カメラ  価格: 機体 US$35,000(約296万円), システム価格US$250,000(約2,100万円)  配備数: 米国5軍など約7,500機, 同盟国に約1,300機[出所:DOD, DARPA, Boeing のホームページ等から筆者作成] 21 All rights reserved by Dr.Takagawa
  • RQ-4 Global Hawk の概要衛星通信用アンテナ ターボファンエンジン1基 Global Hawk ・自律離発着で19,800mの高度を最大35時間連続飛行可能 ・高い偵察性能: 撃墜されたU-2型有人高々度偵察機以上の偵察能力 - 高性能SAR(Synthetic Aperture Radar)搭載: 解像度30.5cm - 機首下部に電子光学/赤外線(EO/IR)センサー搭載. 全天候偵察 ・翼ならびに機体の大部分はカーボングラファイト素材. 高ステルス性 ・エンジン: Allison Rolls-Royce製AE3007H ターボファンジェット ・防衛省は2011年度に2機調達の予定 ・米空軍は2012年末までに51機配備の予定[出所:DOD, DARPA のホームページ等から筆者作成] 22 All rights reserved by Dr.Takagawa
  • 原子炉建屋内に入ったスズメバチ RQ-16 T-Hawk (Tarantula Hawk)開発製造: Honeywell分類: MAV(Micro Air Vehicle )最大飛行時間(標準燃料タンク使用時): 40分巟航速度: 74km/h (最高速度:130km/h)巟航高度: 2,100m (最大3,200m)エンジン: 水平対向Boxer Twin 3W-56型(排気量56cc)出力: 4HP(3kw)最大遠隔制御範囲: 11km特徴: 兵士1人でバックパック輸送し, 組立, 操縦が可能(重量:8.4kg、最大径:36cm) 23 All rights reserved by Dr.Takagawa
  • 1. 2. Synthetic Aperture Radar (SAR) Antenna INS(Inertial Navigation System) and GPS Predator の内部構成図 3. Ku-Band Satellite Communications Antenna ・全長: 8m 4. Video Cassette Recorder 5. GPS Antennas (Left and Right) ・翼長: 14.9m 6. APX-100 Identification Friend or Foe Transponder ・重量: 510kg 7. Ku-Band Satellite Communications Sensor Processor Modem Assembly ・性能: 3,000m上空からナンバープレート読取可能 8. C-Band Upper Omni-directional Antenna Bracket 9. Forward Fuel Cell Assembly 10. Aft Fuel Cell Assembly 11. Accessory Bay 12. Engine Cooling Fan 13. Oil Cooler/Radiator 14. ROTAX 914F Engine(100HP) and propeller 15. Tail Servo (Left and Right) 16. Battery Assembly #2 17. Power Supply 18. Battery Assembly #1 19. Aft Equipment Bay Tray 20. Secondary Control Module 21. Synthetic Aperture Radar Processor/AGM-114 Electronics Assembly 22. Primary Control Module 23. Front Bay Avionics Tray 24. ARC-210 Receiver/Transmitter 25. Flight Sensor Unit 26. Video Encoder 27. De-ice Controller 28. Electro-Optical/Infrared Sensor/AN/AAS-52(V)1 Electronics Assembly 29. Front Bay Payload Tray 30. Ice Detector 31. Synthetic Aperture Radar (SAR) Receiver/Transmitter 32. Nose Camera Assembly All rights reserved by Dr.Takagawa 24[出所:NASA, DARPA の資料から筆者作成]
  • Predator 用エンジン ROTAX 社(オーストリア)製の市販汎用航空機エンジン ・ 排気量: 1,211cc ・ エンジン形式: ターボチャージャー付4気筒 4ストローク ・ 定常出力: 100HP/5500RPM ・ 最大出力: 115HP/5800RPM (最長5分間・離陸時) ・ 圧縮比: 9.0 ・ 冷却方式: 空冷(液冷も可) ・ 点火システム: 電子制御点火装置付 ・ 定回転, 低燃費, 静粛運転が特徴[出所:ROTAX 社ホームページ等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 25
  • GERONIMO 作戦に出動したUAV RQ-170 Sentinel• 開発製造: Lockheed Martin• 所属: 米空軍第30偵察飛行隊(ネバダ州 Tonopah AFB)• 配備: パキスタン並びにアフガニスタン• 仕様: (詳細未発表) – 翼長 22mの無尾翼全翼機 – GE 製 TF34 またはVariant 製単発エンジン• 特徴: – 戦術作戦用 – 高いステルス性能 – 武装無し – 主たる用途は偵察監視 – 韓国空軍も所有している模様[出所:DOD ホームページ等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 26
  • 英国空軍, BAE が開発中のUCAV Taranis  UCAV: Unmanned Combat Air Vehicle 無人戦闘機  ステルス性を有し, AI(人工知能)による完全自律飛行が可能.  高々度で大陸間飛行による長距離攻撃も可能.  英MoD, BAE Systems, Rolls Royce, QinetiQ, GE Aviationで共同開発中.  2011年中に試験飛行開始. 電波暗室内でステルス性能評価中の Taranis[出所: BAE Systems 広報資料] All rights reserved by Dr.Takagawa 27
  • 海洋ロボット Remora 6000 UMV:Unmanned Marine Vehicle 大西洋の海底4千mからAF447便のフライトレコーダ回収に成功して注目  開発・製造: 米国 Phoenix International 社  形状  重量: 900kg  寸法: L1.7m×W1.0m×H1.2m  仕様・性能  最大潜航深度: 6,000m  推進動力: 電気モータ  マニュピレータ: 6軸型マジックハンドを標準装備(ウインチ機能付)  制御方式: シングルモード光ファイバー(最長6,700m)による遠隔制御  監視観測機材: カラーCCDカメラなど  照明機材: 250W 照明灯4基  センサー: ソナー, レイザージャイロ, 深度計など[出所:Phoenix International 社] 28 All rights reserved by Dr.Takagawa
  • 最初に Remus 6000 (米 HYDROID 社)自動操縦の深海潜航艇により海底を探査し, 位置を特定後 に深海ロボット Remora 6000 を使って遠隔制御により回収[出所:UOL Noticias 紙のホームページ] All rights reserved by Dr.Takagawa 29
  • 「戦争(戦場)に行く」と言う言葉の変化 ~戦争恐怖=戦争抑止力と言う概念の崩壊~ 戦争の悲惨さを知ることは良いことだ。 さもないと戦争を好きになってしまう。Robert E. Lee将軍 All rights reserved by Dr.Takagawa 30
  • UAV操縦チーム 操縦は, 通常の複座戦闘機のコックピット同様に2名のクルーでチームを編成. キュービクル内では, 左側操縦席にパイロット, 右側操縦席に補助役のセンサー要員. 重要作戦の場合は, 収集した偵察画像情報の分析チームが加わる. 現地での機体整備員と気象情報担当官を加えると最大6名の要員体制. 米空軍とNASAはパイロット1人で操縦可能なワンマン化を検討中. また, 複数のUAVを2名程度で操 縦する検討も進行中. 近々, RAID(Real-time Adversarial Intelligence and Decision-making: リアルタイム敵軍情報意 志決定システム)を全キュービクルに導入し, 作戦要員の効率化を目指す.[出所:DOD, DARPA 資料等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 31
  • UAVによる作戦の流れ *AWACSを使う場合もある 戦場とは掛け離れたエアコンの 女性キュービクル戦士 きいた空間でゲーム感覚の殺 UAV 戮破壊を行なっている. 任務終了後は平和な日常に. 12,133km Kabul Las Vegas 目標を誤爆しても民間人 殺傷の実感は無い. All rights reserved by Dr.Takagawa 32[出所:DOD, DARPA 資料等から筆者作成]
  • [出所:Modern Mechanics and Inventions 誌 1934年7月号] All rights reserved by Dr.Takagawa 33
  • UAVのワンマン・コントロール・コンソール [正面監視画面] - UAV eye画像ディスプレー - 技術(飛行)データディスプレー - 航空図(GPSナビゲーション) [操作] - 右ジョイスティックで操縦、武器操作 - 左ジョイスティックで動力制御 ・通常, パイロットは米国内の空軍基地から247の交代勤務で遠隔制御 - ネバダ州Las Vegas北東のNellis空軍基地(約200名) - ネバダ州Indian Spring郊外のCreech空軍基地(約250名) - その他, アリゾナ, カリフォルニア, テキサス等の空軍基地に各150名程度 ・整備兵と地上クルーは戦地で支援 All rights reserved by Dr.Takagawa 34[出所:DOD, DARPA 資料等から筆者作成]
  • UAV要員の育成訓練 Hunter UAV 訓練用Hunter UAV(1/3模型) [訓練内容]: アリゾナ州Huachucha(ワチュカ)空軍基地訓練センターの場合 新兵訓練(ブートキャンプ)終了後に要員選抜し150時間の訓練. 最近は, 志願者急増 ・市販のフライト・シュミレータ・ゲームで導入訓練: 約20時間 ・市販ラジコン機による操縦訓練: 約40時間~50時間 ・Hunter UAVの1/3模型で操縦訓練: 約40時間 ・Hunter UAVの実機で操縦訓練: 約40時間 約150時間の訓練後, 実戦要員として配属 戦闘機パイロットの訓練費用に比べると経済的 All rights reserved by Dr.Takagawa 35[出所:DOD, DARPA 資料等から筆者作成]
  • 中間点のここで一服、三題噺 小惑星探査機「はやぶさ」 糸川英夫博士と小惑星イトカワ 中島飛行機 一式戦闘機「隼」 ’55年に試験成功の ペンシルロケット 36 All rights reserved by Dr.Takagawa
  • 米国の最先端技術開発体制 RMA FCS Revolution in Military Affairs Future Combat System DOD Army NASA DARPA NAVY Defense Advanced Research Projects Air Force Agency Marine Coast Guard SAIC Science Applications International Corporation 大学・学会 産業界 政府機関 All rights reserved by Dr.Takagawa 37[出所:DOD 資料等から筆者作成]
  • DARPAのVULTURE 計画 Solar Impulse HB-SIA の成功 - スイスのアマチュア集団の開発 - 2010年8月に26時間9分の長時間飛行達成 - 飛行高度: 約1,500m~8,500m 太陽光発電により飛行可能なEUAV - 翼長: 60.96m - Solar cell数: 10,748個 - 機体構造: 炭素繊維 - 備考: 蓄電により夜間飛行も可能- 開発元: DARPA + Boeing- 開発費: US$89M(約74億円)- 連続滞空時間: 5年間- 搭載荷重: 450kg- 滞空高度: 18,000m~27,000m- 目的: 擬似衛星, 通信中継ハブ, 通信傍受基地, 給電基地, その他兵站業務- 2014年に初飛行予定 All rights reserved by Dr.Takagawa 38[出所:DOD, DARPA 資料等から筆者作成]
  • DARPAのロボット関連プロジェクト • MARCBOT – Multi-Functional Agile Remote-Controlled Robot – C4I2SRの全作戦に対応できる多機能遠隔制御ロボットの開発 • 遠隔医療ロボット – 野戦病院, 病院船, 僻地向けの遠隔手術 – 前線兵士の遠隔定期健康診断 • 高性能電池 • 高効率無線通信 – 第一次湾岸戦争: 約54万の兵員で最大100Mbpsの情報量 – 2003年時点の中東軍: 約12万の兵員で最大4.2Gbpsの情報量 – 逼迫した軍用周波数枯渇問題 • Swarm Intelligence – 蜂, 蟻, 鳥, イルカの集団行動学分析 – 群れを構成した時の通信系, 指揮系から「集団の知恵」を解析 – 自律型ロボットの群管理, 群制御に応用 ================ PRAWN(Proliferated Autonomous Weapons) – iRobot 社のSwarm Robot 開発支援 All rights reserved by Dr.Takagawa[出所:DARPA 資料等から筆者作成] 39
  • 電池切れは弾切れより怖い時代に 米軍標準電池 : BA5590 (12/24V, 26Ah)は、5軍で使用される. 全世界の米軍で毎日約2万個が消費される. 現在、新型のLi-IoタイプのBA5590-AU に更改中. 各種のアダプタを用い多くの用途に 従来型BA5590 新型BA5590-AU All rights reserved by Dr.Takagawa 40[出所:DOD 資料等から筆者作成]
  • 日本のUAV開発 All rights reserved by Dr.Takagawa 41
  • C4・I2・SRを如何にシステム化するか? 現代戦の作戦行動分類 ① Command: 指揮 ② Control: 統制 ③ Communication: 通信 ④ Computers: コンピュータ ⑤ Intelligence: 情報 ⑥ Interoperability: 相互運用性(米軍, 多国籍軍との共同作戦) ⑦ Surveillance: 監視 ⑧ Reconnaissance: 偵察 現代戦では, C4I2SRの数値化, 見える化が重要課題 自衛隊, 防衛省は情報収集・分析の強化策が急務 既に, 日米合同演習では「IT戦の検証」を目的に各種の相互運用を試行 防衛省は, ⑦・⑧の強化を図るため2011年度にGlobal Hawk を2機調達 All rights reserved by Dr.Takagawa 42[出所:DOD, 防衛省資料等から筆者作成]
  • 防衛省のC4・I2・SR用無人機開発 • 最新のICTやロボット技術を基に, 防衛省技術研究本部で小型無人偵察機 (UAV)を開発中. • 計画では, UAVが撮影した映像を地上で作戦行動中の隊員がリアルタイムで共 有可能な携帯情報端末(スマートホン)の開発も進めている. • 量産型UAVを2018年を目処に全国の陸上自衛隊各部隊に配備予定. • UAVは, 米軍が配備しているハイテク兵器を参考に2008年から開発を進め、 2010年11月に北海道の上富良野演習場でデモフライトを成功させた. • 直径約50cmの円筒形機体の内側にあるプロペラを高速回転させることで垂直 離発着し, 推進プロペラ下部にある4枚の小形可動翼を動かすことで前後左右 に移動可能. • 機体上部に高性能デジタルカメラならびにGPSを内蔵し, 飛行ルートや飛行高度 を予め設定することで約30分間自動飛行し地上に無線で映像伝送を行う. • 防衛省は, 火山の噴火や土砂崩れといった危険度の高い自然災害現場等で 被災状況を把握する際にも活用する予定. All rights reserved by Dr.Takagawa 43[出所:防衛省技術研究本部資料等から筆者作成]
  • シェルター内の情報処理室でUAV等から伝送されて きた敵情を集約し, 前線に指揮命令する. All rights reserved by Dr.Takagawa 44[出所:防衛省技術研究本部資料等から筆者作成]
  • 連隊指揮統制システム(ReCS)に接続された 携帯端末(PDA)を用い, 各部隊の状況を確 認する前線司令官 All rights reserved by Dr.Takagawa 45[出所:防衛省技術研究本部資料等から筆者作成]
  • 90式戦車の車長席で戦車連隊指揮統制システム (T-ReCS)端末を操作し自軍の展開状況を確認 する戦車長. All rights reserved by Dr.Takagawa 46[出所:防衛省技術研究本部資料等から筆者作成]
  • 手投げ型UAV(試作機) All rights reserved by Dr.Takagawa 47[出所:防衛省技術研究本部資料等から筆者作成]
  • 航空自衛隊の研究用無人偵察機TACOM TACOM: TAyoto COgata Mujinki_new [主要諸元] ・ 全長5.2m, 幅2.5m, 高さ1.6m ・ 最高飛行高度:12,000m ・ 重量:700kg 防衛省技術研究本部が開発し, 2010年12月に航空 ・ ステルス性有り 自衛隊硫黄島航空基地において無人機研究システ ・ 開発費:103億円 ムの初自律飛行し自動着陸に成功. ・ 機体メーカ: 富士重工 ・ ファンジェットエンジン: Allison Rolls-Royce 製 エンジン点火時に気体状のクリプトン85を使用する点 ・ 空中発進型UAV が課題. 機体をF15J戦闘機に吊り下げ, 規定高度に運搬 し離脱後, ジェットエンジンを起動し飛行. 着陸は 自動.[出所:防衛省技術研究本部資料等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 48
  • 産業用ロボットのシェア メーカ 生産拠点 月産能力 記事 ・世界シェアトップ:20%以上 ・2011年末から月産5千台にファナック 山梨県忍野村 3,300 -多関節ロボット:4千台 -軽作業ロボット:1千台 ・総売上2,534億円(NC機器に次ぐ売上)安川電機 北九州市 2,650 ・現在, ファナックとシェア争い川崎重工 明石市 1,000 バステラス(スウェーデン) ・台数は1千台程度か? ABB 非公開 上海 ・多関節型の増産傾向 800~900 KUKA アウグスブルグ(ドイツ) (推定) 丌二越 富山市 400 ・増産を計画中[出所:日経電子版2011年3月10日付を基に筆者作成] 通商白書2010年版によれば, 2008年の世界の産業用ロボット出荷台数11万4千台 の内日本製のシェアは約70% All rights reserved by Dr.Takagawa 49
  • 福島第一原発の空撮で注目されたUAV 実は、米軍Guam基地から飛来のGlobal Hawk より凄い 国産UAVがあった新潟県のラジコンオヤジが開発したのだった! All rights reserved by Dr.Takagawa 50
  • ロボット投入に至る経緯 月日 主たるアクション 03/11(金) 震災発生 03/14(月) ルース駐日大使が米軍に無人機, ロボットでの対応準備要請 03/16(水) 米 iRobot 社が PackBot の出荷準備開始. 米空軍UAV出動準備開始 03/17(木) IRSが国産ロボット Quince の改造検討開始 *IRS: 国際レスキューシステム研究機構 03/20(日) (株)エアーフォトサービスの無人機が空撮開始 03/21(月) 米軍 Global Hawk がGuam基地から飛来し空撮開始 03/22(火) iRobot社より PackBot 3セットが横田基地経由で現場搬入 04/06(水) 国産の瓦礫処理用無人重機投入開始 04/10(日) 米軍 T-Hawk による空撮開始 04/12(火) JAEAの Team Nippon 車両への3Dカメラ搭載検討開始 英 QinetiQ の米国支社が, DOEと協議した結果TALON 及び Dragon Runner を発送 04/13(水) *DOE: 米エネルギー省 04/17(日) 米軍 Packbot を投入し, 原子炉建屋内で放射線量測定開始 04/28(木) IRSが Quince の投入準備開始 05/02(月) IRS等が公開シンポジウム「震災復興にむけてロボット技術のいま」を開催[出所: 各種公開情報から者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 51
  • 福島第1原発に出動した米軍ロボット群 ①  UAV(無人航空機) ① RQ-4 Global Hawk ② ② RQ-16 T-Hawk ③  UGV(無人陸上移動機) ③ PackBot ④ TALON ④ 日本製ロボットは, 強放射線環境下でも安定動作を保証するMIL規格の耐放 射線半導体部品を使用していないため使用できない, と判断された. 米国製ロボットは, 全てMIL規格に基づき, DLA(米国国防補給庁)認定部品 を使用し, DSC(国防補給センター)のQML認証取得済み. ・条件: MIL-STD-883に規定するMIL-PRF-38534及びMIL-HDBK-217FをクリアーDLA: Defense Logistics AgencyDSC: Defense Supply CenterQML: Qualified Manufacturer List All rights reserved by Dr.Takagawa 52
  • [出所: エア・フォト・サービス社] All rights reserved by Dr.Takagawa 53
  • 福島第1原発を空撮したエア・フォト・サービス 社のUAV 項目 仕様諸元 全長 2,200 mm 全幅 2,800 mm 重量 15 kg 最大離陸重量 35 kg 空冷 2サイクル 2気筒 エンジン 排気量:86cc 出力:7.5HP/9,000rpm 燃料タンク容量 2.4 L エンジンと プロペラ 自動車用ガソリン 燃料 (潤滑油混合) 妙高市で建設業を営むRC機 飛行速度 100~220 km/h マニアの山崎建設社長が発案.通信アンテナ 飛行時間 45時間 2008年度の新潟産業創造機 構(NICO)「わざづくり支援事 標準飛行距離 500 km(滑空を含む) 業」で日本飛行機と共同開発. 航空法適用外の高度250m以 平均燃費 約200km/L (2L/h) 下を飛行. W200×L400× 機体先端部と中央下部にデジ 積載空間 MacBook Pro2台で飛行制御と タルカメラ2台を設置. H180 mm 画像データ伝送制御を行う. 製造会社 日本飛行機(株) 右が山崎健吾氏[出所:土木学会第65回年次学術講演会資料等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 54
  • [出所:土木学会第65回年次学術講演会資料] All rights reserved by Dr.Takagawa 55
  • FCC: Flight Control Computer 低価格化  INS(航空機用慣性航法装置)を使わずレートジャイロ(角速度検出型), 加速度計, GPS等の組合せによる オリジナル姿勢制御システムの採用  航行制御は小電力無線周波数で実施. アマチュア無線用周波数の使用も可能 小型・軽量化  MIL規格品などを使わず民生品で構成し小型・軽量を実現  寸法: 約60×110×40mm  重量: 約200g(GPSアンテナ含む) 自動離着陸機能  地上からの電波誘導を使用せずにFCC機能のみで自動着陸  標準仕様は, 離陸と着陸は同一滑走路に制限されているが, 機能追加で別滑走路に着陸も可能  高度は大気圧高度計から求めているが, 着陸時にはレーザ高度計を併用し正確な高度測定を行うことで 自動着陸も可能 テレメトリーシステム  基本無線系: 小電力無線周波  通信範囲: 5km(無指向性アンテナ)~10km(八木宇田型指向性アンテナ)  制御監視: 2台のノートパソコンで行う  飛行情報(速度高度位置), エンジン回転数, 電池電圧, サーボ制御量の監視  飛行経路入力, 飛行条件の変更, 機体制御パラメータの事前設定等 All rights reserved by Dr.Takagawa 56
  • これからのロボット開発に向けて ボク、今回は• 二足歩行, 癒し系ロボット開発からの脱皮 手もASIMO出なかった – 二足歩行のヒューマノイドは客寄せパンダ役どまり – ヒューマノイドに固執してるのはホンダ, トヨタだけ. GMを見よ! – iRobot 社のコンセプトに学べ!• 劣悪環境下で動作する作業ロボットの開発が急務 – 原発事故, 高温火災現場などでヒトに代わって作業 – MIL規格相当の部品構成 – 試作, 論文作成で終わらせるな• さらなる市中技術の応用で開発期間の短縮• ロボコン高専生の柔軟な発想を活用 All rights reserved by Dr.Takagawa 57
  • 和製ロボット Quince[出所:東北大学ホームページ] 58 All rights reserved by Dr.Takagawa
  • 過去の原発事敀対処用ロボット開発 機種名 用途 記事 東海村JCO臨界事敀を教訓に, 原子力災害の拡大防止や終息作業を支 MARS-T 重量物運搬用 援するためにNEDOプロジェクトとして三菱重工が試作開発 SWAN 小型軽作業用 NEDOプロジェクトで日立が試作開発 SMERT-M 作業監視支援用 NEDOプロジェクトで東芝が試作開発 RESQ-A 初期情報収集用 日本原子力研究所の試作品. 動作時間約1時間で実用上の課題有り RESQ-B 詳細情報収集用 日本原子力研究所の試作品. 日立エンジニアリング製 RESQ-C 試料等採取収集用 日本原子力研究所の試作品. [これまでの反省点と課題] ・政府主導, 予算主義のトップダウン型プロジェクト ・試作止まりで実戦配備, ニーズ醸成が出来ていない予算消化で尻切れ ・現場導入, 実戦経験なし ・Quinceの発展型であるHELIOS-Ⅸ等の開発も進んでいるが, 学究界の自己満足?[出所:各種公開資料から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 59
  • 妄想をすれば……. 高性能ジャイロ [キーエンス] 実績ある産業用ヘリ [ヤマハ] ・日本電産のモーター ・ソーラーパネル ・高性能デジタルカメラ ・画像伝送処理分析技術水平対向空冷エンジン ・優秀なオペレータ [富士重工] などのリソースは既にある [フジ・インパック] デジタル遠隔制御 [フタバ] All rights reserved by Dr.Takagawa 60
  • 米国が進めるRobonaut 開発計画 ~NASAとGMの共同開発~ All rights reserved by Dr.Takagawa 61
  • UAVの開発と第6世代戦闘機• 第6世代戦闘機にはAI技術が導入され, パイロットは航行支援や 編隊飛行をするUCAVの攻撃支援を受ける.• UAVは有人戦闘機を支援する囮機能(デコイ機能)を有し, 小判鮫 様にペア飛行を行い, 有人機が敵側ミサイルにロックオンされた場合 には, チャフ弾やフレア弾の代役も成す.• 有人戦闘機に代わる多機能で高性能な戦闘機をAIにより自動操 縦する研究も進んでおり, パイロットの加速度耐力などを気にせず UAVにより高度戦術機能を存分に発揮できる. All rights reserved by Dr.Takagawa 62出所:NASA, DOD, BAE 資料等から筆者作成
  • Robonaut が操縦するスペースシャトルの後継機X-37B OTV-2DARPA, NASA, 米空軍が共同開発を進めるXシリーズの最新モデルX-37B目標: 乗員損失確率1/1万飛行, 輸送コスト4.5万円/kg (現行90万円/kg)全長: 8.7m, 翼長4.5m, 全高:2.9m, 質量5t貨物室: 2m × 1.2m製造: Boeing 社打上方法:アトラスV型ロケットでLEO(周回低軌道)に打上2011年3月5日に2号機打上に成功 試験飛行後の点検作業 宇宙空間飛行の想像図 All rights reserved by Dr.Takagawa 63[出所:DARPA, NASA 資料等から筆者作成]
  • All rights reserved by Dr.Takagawa 64
  • 帰還したX-37B[出所: NAVY News 紙] All rights reserved by Dr.Takagawa 65
  • 未来の宇宙飛行士 Robonaut 2NASA とGM の共同開発(1976年から)初の人型宇宙ロボットDiscovery には6名+1のクルー最終飛行でISS に搬入ISS に永久滞在し飛行士を支援Discovery 最終飛行でISSに搬入済All rights reserved by Dr.Takagawa 66
  • 1931年の科学誌には美人風ロボット飛行士が同乗の図[出所:Modern Mechanics 誌1931年3月号] 67 All rights reserved by Dr.Takagawa
  • 火星行き宇宙船の船長は私だ!2011年2月24日、Discovery 最終フライトでISS に搬入し長期試験を実施中Robonaut2 (R2) の本格的宇宙空間デビュー長期間ISSに滞在し, 各種機能試験を遠隔実施する予定並行して無人宇宙往還飛行船OTV-2 に搭載し過酷な耐久試験を開始2011年3月8日, NASAは「火星探査飛行をロボットで実施」と発表4月6日開催のInternational Space Station & Mars(IssMars)会議で詳細発表[出所: NASA 公開資料等から筆者作成] All rights reserved by Dr.Takagawa 68
  • Dr. Isaac Yudovich Asimov 1950年初版の“I, Robot” の表紙絵は, 負傷した人間宇宙飛行士を救助する Robonaut が描かれている .All rights reserved by Dr.Takagawa 69
  • おしまいTakagawa@IEEE.org All rights reserved by Dr.Takagawa 70