1X が NEO 新型ロボットハンドを発表：作業しながら、手にした物の感触がわかる

まず何ができるか見てみる

原理の話をする前に、このハンドが実際にできる動作範囲を見てみよう。公式デモで披露されているのは、いずれも指の連携が必要な精密作業だ。

これらは特別に用意されたデモモードではない。「十分に多く、かつそれぞれ独立して力制御できる関節」を人間の手のスケールに落とし込んだ、自然な結果だ。

普通のグリッパーの天井はどこにあるか

今回の発表の重みを理解するには、まず現在のヒューマノイドロボットのハンドがどこで詰まっているかを見る必要がある。市場でよく見るのは位置制御式の二指グリッパーだ。目標位置を与えれば、そこまで開閉する。

開発者から見ると、こうしたハンドが公開する動作はたった3つしかない——掴む、置く、押す。このハンドに搭載されるあらゆるアプリケーションは、この3つの動作の組み合わせに終始し、しかも目を閉じたまま行う。天井はソフトウェアの中にあるのではなく、アーム先端にある。

より根本的な問題は伝達機構にある。モーターの小さなトルクを十分な力に増幅するため、この種のハンドは100:1〜200:1という高い減速比をよく使う。その代償として、外部からの接触力がモーターに戻る前に、ギアの摩擦で吸収されてしまう。ハンドは自分が何に触れ、どれくらいの力を使っているかをまったく感知できず、エンジニアは外部にカメラを設置して指の動きを推測するしかなかった。

触りながら、何に触れたかがわかるハンド

今回 NEO が採用した発想は、動作を実行しながら外界の反応をそのまま読み戻すというものだ。

ここでの鍵は腱駆動だ。モーターは関節ではなく前腕に配置され、腱のようなワイヤーで遠隔から指の関節を引っ張る。これは操り人形の仕掛けに似ていて、操作レバーのモーターは離れた場所にあり、細い糸で人形の指を動かす。おかげで指自体をとても軽く作れる。

さらに、静かに背後で働き続ける読み取り機能もある——固有受容感覚（proprioception）だ。すべての関節が閉ループ制御されているため、ハンドは見なくても自分が今どんな姿勢に曲がっていて、それぞれどれだけの力を使っているかがわかる。ちょうど人間が目を閉じたままでも両手の人差し指の先を正確に合わせられるのと同じだ。

25関節はどう配分すれば、器用さと力強さを両立できるか

自由度とは関節が独立して動ける方向の数を指し、1自由度はおおよそ1つの独立制御可能な可動点に対応する。25自由度とは、このハンドに25カ所、それぞれ独立して動かせる箇所があるということだ。数以上に重要なのは、それをどう配分するかだ。

力制御の自由度が十分に多く、しかも人間の手のスケールに達している結果、器用さと力強さを両立できる。以下がこのハンドの主要スペックだ。

この力があれば、全掴み、道具の使用、物の持ち上げ、ドアを開ける、荷物満載のカートを押す、負荷をかけたまま精密につまむといった動作を、器用さを保ったままこなせる。±0.2mmの位置決め精度により、人間の労働の大半が実際に発生する「小物」スケールでの作業が可能になる。

指先の最後の0.5mm

力制御だけでは足りない。指先の最後の0.5mmの情報は、スキンで補う必要がある。NEO の指先と表面は高解像度の触覚スキンで覆われており、常時3つの情報を測定している。

このスキンの最も直接的な用途は、滑りをリアルタイムに検知することだ。物体が滑り始めた瞬間、せん断力チャンネルがそれを読み取り、力制御関節が即座に握力を締め直したり調整したりして、完全に滑り落ちる前に安定させる。

視覚だけではこれは実現できない。特に透明な物体、壊れやすい物体、変形する物体、隠れている物体には効かない。公式デモでは接触力の法線マップ、握手時の圧力ヒートマップ、そして壊れやすい折り紙の鶴を傷つけずにつまむ様子が見られる。このスキンは中のセンサー、背後の腱と一体で設計されており、機能を持った素材と言える。

ハンマーで叩かれたら、引き出しに挟まれたらどうなるか

触れることで学習するハンドは、繰り返しの接触に耐えられなければならないし、人の近くで十分に安全でもなければならない。

このハンドの安全性は「従順さ」から来ている。極めて低い減速比に、腱駆動と非常に低い指先慣性が組み合わさることで、外部からの衝撃が安全に指を逆方向へ押し戻し、その勢いを吸収できる。公式のスローモーション映像では、指が以下のような状況に遭遇したとき、いずれも素直に力を逃がしている。

信頼性はあらゆるサブシステムに設計として組み込まれている——腱の配線、ベアリング、指の構造、ケーブル配線、触覚の統合、電子部品、組み立て工程。部品も指全体のアセンブリも百万回単位のテストサイクルを経ており、駆動ユニットは極端な温度でのテストを、手首関節は高負荷下で200万サイクル以上の検証を受けている。ハンド全体はIP68まで密封され、食品グレード素材を使用しているため、汚れても洗面台で自分で洗える。

作れてこそ、本当の護城河になる

最後の数字は、1X が強調する戦略上の重点でもある——生産能力だ。

まずハードウェアがどうやってこれらの力を支えているかを説明しよう。モーターは前腕、つまり人間の握力の大部分が生まれる位置に配置され、自社開発の腱で手首を経由して指を引っ張る。だからこのハンドはとても軽く作れるのに、大きな力を出せ、長時間連続で動作しても温度が暴走しない。

ハンド全体は NEO 本体の一部として深く統合されている——自社開発モーター、専用電子部品、内蔵センサー、独自の腱システム、コンパクトな伝達機構、ハンド専用ファームウェア。腱の素材から、最外層のソフトポリマー、スキン、触覚センサースタックまで、すべてのハンドが自社工場でエンドツーエンドに製造されている。