デルフト工科大、ひげで触って飛ぶ小型ドローン。処理は34KBのみ

オランダのデルフト工科大学の研究チームが、軽量なひげ型の触覚センサーを作り、ドローンを触覚だけで飛行・探索させることに成功した。想定するのは3.5オンス（100グラム）未満の超小型自律ロボットだ。この重量帯では重いセンサー、プロセッサー、電源を積むこと自体が難しく、一方でカメラ、測距計、LiDARといったセンサーは暗い環境や粉塵・煙が満ちた場所で機能しづらい。

「我々が目指しているのは、ドローンに豊かな触覚を与えることだ。空中での物体操作のためではなく、触覚ナビゲーションという新しい概念のために——つまり触ることで未知の空間を探索し、飛び抜けるためだ」と、空中物理インタラクションおよび身体化知能の准教授Salua Hamaza博士は語る。「しかしこれには難所がある。ドローン上で触覚が成立するには、軽量で、低遅延で、低消費電力でなければならない。自然に着想を求め、我々はひげに答えを見つけた」。

齧歯類など小型哺乳類は、ヴィブリッサ（一般にひげと呼ばれる）を使い、視界の悪い狭く暗い空間を移動する。研究チームはこれを模し、ドローンの前方に2本のひげを斜め上向きに取り付けた。各ひげの根元は3つの微小な圧力センサーにつながっており、ひげが面に触れたときの各センサーの変化から、ドローンは相対的な奥行きと位置を推定する。これによって周囲の面を把握し、障害物を避け、面をたどり、さらに触れて得た情報から周辺の地図を作ることまでできる。

技術的な壁のひとつは、ドローン自身が生む気流の乱れがひげの信号を乱す点だった。研究チームは、この微小な変化を勘案しつつ実時間で処理するパイプラインを軽量に実装し、ひげにミリメートル級の精度を与えた。注目すべきは、乱流と面の検出を切り分けるこのプログラムが、わずか34キロバイトのメモリしか使わないことだ。「触覚がサイズや計算能力の代償を伴う必要はないと示したかった」と研究者のChaoxiang Yeは述べる。「触覚知覚のパイプライン全体が34キロバイトのメモリだけで機内完結して動作し、極小のドローンが実時間で環境を感じ取り、応答できるようになる」。

この軽量な仕組みは大型のドローンには向かないが、捜索救助向けの超小型機には有力な選択肢になる。救助隊がこうした小型機を現場に投入すれば、人や動物を危険にさらさずに崩落した構造物の内部を探索できる。センサー性能を上げるのではなく、生物の解法を借りて計算量そのものを削り取るという方向性が、超小型機に残された数少ない現実的な道筋であることを示す成果だ。