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NASAの月面ロボットコンペ 大学チームが競う

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ナショナルジオグラフィック日本版

ここは米国カリフォルニア州のモハーべ砂漠。急斜面に立つノースイースタン大学工学部の学生たちの足元を小石が滑り落ちてゆく。

彼らが製作したロボット「コブラ(COBRA)」は13台のミニロボットをヘビのように連結したものだ。プログラムを起動すると、ロボットは上に向かって反りかえり、頭部と尾部を連結して六角形になった。黒いカバーに包まれた外見は、まるで細いタイヤのようだ。そして突然、斜面を転がって下りはじめた。岩にぶつかって一瞬跳ね上がることもあったが、最後まで安定して転がり続けた。

「コブラ」は、米航空宇宙局(NASA)の月面探査ロボットコンペに参加した7体のうちの1つ。このコンペには全米各地の大学チームが参加、18カ月にわたって月などの凹凸の多い地形や過酷な環境を探索できる革新的なロボットを構想・設計・製作、その性能を競い合った。

月探査にロボットが必要な理由

NASAの今後の大きなミッションのひとつは、50年以上前のアポロ計画以来、初めて人類を月に送ること。ただし今回の目標は「到達」ではなく「滞在」だ。

月面基地を建設する場所は、アポロ計画で着陸した滑らかで平坦(へいたん)な月の赤道付近ではなく、氷が豊富に存在すると考えられる月の南極付近のクレーターになる予定だ。クレーターの内側には太陽の光がまったく届かない「永久影」領域があり、そこに氷が蓄えられている可能性が高い。氷は、月に長期滞在するうえでとても重要な資源だ。

とはいえ、クレーター内の探索は容易ではない。クレーターは切り立った壁に囲まれており、古い時代にできた穴や空洞があちこちにある。1日の気温差は250℃以上にもなり、日陰になることも多いため、太陽光発電を利用することもできない。

人間を寄せ付けないこうした地形を探索するためには、人間と一緒に探索を行うロボットや探査車が必要になる。NASAの火星探査機「パーシビアランス」のチーフエンジニアで、コンペの審査員の1人であるバンディ・バーマ氏は、「そこで、既成概念にとらわれない発想が求められるのです」と言う。

大学生の自由な発想

NASAは毎年、全米の学生向けに、宇宙に関する問題を解決するコンペを開催している。例えば2021年には、機械装置の故障を招く月の塵(ちり)への対処法について、2019年には、火星の温室の設計に関するアイデアを募集した。

2022年の課題は月面で活動するロボットの設計だった。ロボットの形や大きさは問わないが、難しい地形を走破できるものでなければならず、これまでに月や火星で使われてきた車輪付きの探査車に似ているものでは駄目だ。

NASAのゲームチェンジング開発プログラムのマネジャーで、コンペの審査員の1人であるケビン・ケンプトン氏は、「頑丈で柔軟性のある自律型ロボットを設計することは、宇宙船の設計に匹敵する大きなチャレンジだ」と話す。

コンペに参加する各チームが導き出した答えはさまざまだった。いくつかのチームは昆虫や動物の形をヒントにした。フロリダ州立大学のロボット「ET-クワッド(ET-Quad)」はテリア犬ほどの大きさで、4本脚の小動物のように走り、月の塵や砂の流れなどの中を泳げるように設計されている。また、斜面を登ることもできて、チームはまだ簡単な壁でしかテストを行っていないが、同様のロボットが、ばねのような爪を使って月面のクレーターをよじ登ることを考えている。

アリゾナ州立大学は、高さ120センチメートルほどの6本脚ロボット「シャーロット(CHARLOTTE)」を製作した。このロボットは、3本の脚で地面にしっかり立っている間にライダーシステム(レーザー光を用いるレーダー)で周囲の景色をスキャンし、残りの3本の脚をどこに置くべきかを決定する。この歩行システムと小さな懸垂下降用のワイヤにより、急斜面を確実に登ったり下りたりすることができるという。

ノースイースタン大学のヘビ型ロボット「コブラ(COBRA)」は、クレーターの壁を転がり落ちたり、溶岩洞を探査したりするために設計されている。メンバーはYouTubeでさまざまなヘビの動画を何時間も見て、それぞれの動き方を理解し、ヘビのように身をくねらせて移動するロボットを設計した。「コブラ」はさらに、六角形に折れ曲がって斜面を転がり下りたり、らせん状にねじれて岩場の難所を進んだりできる。

一方、マサチューセッツ工科大学は、月面の宇宙飛行士はいろいろなロボットが欲しくなるだろうと考え、レゴのように組み替え可能なロボット「ワームズ(WORMS)」を設計した。ロボットのボディーには脚の役割を果たすパーツを取り付けることができ、その数は増やしたり減らしたりすることができる。浅いボウルのような形のパーツは、スノーシューのように、ふわふわした月の土の上を歩くのに役立つ。ドリルやセンサーなどの科学ツールは、ロボットのすねにあたるパーツにはめ込むことができる。

カリフォルニア工科大学が設計したのは、自律型のロボットではなく、クレーターの縁と基地を結ぶゴンドラシステムだ。このゴンドラを使って、危険な地形を越えて、機材や資材や氷の塊を運ぶことができる。ロボットはクレーターの上部と下部で地面に杭(くい)を打ち込み、その間にケーブルを張り、モーター駆動の装置がケーブルを伝って荷物を運ぶ。

メリーランド大学の「トラベルズ(TRAVELS)」ロボットは、脚と車輪の両方を使って移動する。地面が滑らかなときは車輪を下ろして転がり、斜面や岩場では脚に切り替えるのだ。コネティカット大学のロボットも、4本足での歩行と履帯での走行を切り替えることができる。

コブラの勝利

コンペは、各チームが米カリフォルニア州パサデナの会議室でそれぞれのコンセプトとロボットを発表することから始まり、翌日は砂漠に向かった。月面のように低温でもなければ恐ろしい放射もないが、地形は月の南極によく似ている。

フロリダ州立大学の「ET-クワッド」は、でこぼこの地面を数メートル疾走しただけで倒れてしまった。カリフォルニア工科大学のミニゴンドラは、斜面に張られたケーブルを伝って慎重に登り、それから下りてきた。アリゾナ州立大学のロボットは、毎分約45センチの速度で27度の斜面を登って下りた。毎分45センチメートルは火星探査車パーシビアランスの5分の1ほどの速度だが、走った地形は火星よりも過酷で傾斜も急だった。NASAとの間で月面に宇宙機を着陸させる契約を結んだアストロボティック・テクノロジーズ社のジェニファー・ロペス氏は、「どれも最初に設計したロボットにしては上出来だ」と称賛した。

優勝したのはノースイースタン大学の「コブラ」で、3種類の移動方法のすべてを見せることができた。ロボットは最初に埃(ほこり)っぽい道をくねくねと進んでいった。路肩に阻まれると、横ばいで下ってゆき、草の茂みに引っかかると、らせん状にねじれて進んでいった。

その後、六角形になった「コブラ」が斜面を転がり下りると、全7校の学生と審査員から歓声が上がった。モーティブ・スペース・システムズ社の最高技術責任者であるエディー・タンステル氏は、「これこそ、私たちが求めているものです。私たちは良いアイデアを求めているのです」と語った。

(文 Alejandra Borunda、写真 Spencer Lowell、訳 三枝小夜子、日経ナショナル ジオグラフィック)

[ナショナル ジオグラフィック 日本版サイト 2022年12月27日付]

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