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まるで呼吸するように動く「患者役」のロボットが誕生

3/12(月) 19:01配信

WIRED.jp

そのロボット台は、まるで人間が呼吸するように自動的に上下する。台の上には白いガーゼが広げられ、中央には青い線が引かれている。別のロボットがこの線に沿って、小さな手術用のはさみで切れ目を入れる。

ロボットを「完璧」なものにするための10の課題

台が一瞬、動きを止めるのを待ち、再び切る。そして切り進めると、また止まる。切っては止まる、という動きを繰り返しながら、線に沿って切り進んでゆく。

いつかあなたもこうなるかもしれない。いや、ロボットに変身するというわけではない。外科医の助手として働くロボットが、あなたの体にメスを入れる日が来るかもしれないということだ。そして、そのときは「呼吸するロボット台」のような機械にお礼を言わねばならなくなるだろう。

人に手術をする場合、ささいだが課題となる点がある。肺が呼吸を繰り返し、心臓は脈打ち続けるという事実である。もちろん、外科医が自身の義務を正しく遂行している限りは、という話だ。胸が上下し、血液が送り出されているなら、医師はその動きを考慮して手術を進めなければならない。

新型のロボット台は、この呼吸や脈動などの動きを模倣できる。「スチュワートプラットフォーム」と呼ばれるロボットの一種を転用したものだ。一般には油圧式の大型デヴァイスを指し、シートごと動くフライトシミュレーターのような技術に使われる。

今回の研究では、研究者たちはこのコンセプトを変更し、デヴァイスの幅を15cmほどに縮小した。また、駆動システムに油圧ではなく、サーヴォモーターを採用した。これで、価格はわずか250ドル(約26,700円)に抑えられる。

外科医の動きをまねたアルゴリズム

研究者たちはまず、人間の医師に内視鏡手術支援ロボット「ダ・ヴィンチ」を使って患者に見立てた手のひらサイズの対象物を直線状に切ってもらい、その方法を観察した。カリフォルニア大学(UC)バークレー校のコンピューターサイエンティスト、サンジェイ・クリシュナンは、こう話す。

「このロボット台は、人間の心臓の鼓動に似た正弦波のような動きをうまく再現できるので、外科医はこの動きに合わせて切るだろうと予測していました。ところがそうではなく、ロボット台が決まった位置に戻るのを待ち、それから作業を非常に素早く行い、再び手を止めて待つのです」

つまり、コンスタントに切っていくのではなく、機械が動きを止めるのを待ってから切ったということだ。研究者たちは外科医の動きを観察してデータをとり、そこからラインに沿って切る方法をまねるようなアルゴリズムをつくった。また、休みを入れずに切り続けるアルゴリズムもつくった。

「上下する動きに完璧に合わせて切り続けるアルゴリズムをつくり出そうとすると、最初のうちはラインから大きく外れ、何度か失敗を繰り返すことになります」とクリシュナーンは言う。ミスは外科医のデモンストレーションと比べ、倍以上になる。

外科医の動きをまねようとすると、弊害も生じる。コンスタントに切り続けるときの倍くらい遅くなるのである。正しく切っているかどうかを判断する時間を、アルゴリズムが必要とするからだ。

だが、朗報もある。ロボット工学で大いに期待されることのひとつが、スピードの向上だ。アルゴリズムがこの先、より優れたものになってゆけば、ハードウェアの能力も増すだろう。

もうひとつの課題は、手術用ロボットが人体の自然な動きを気にかけたりしないということだ。呼吸を繰り返す肺や脈を打つ心臓は、動きがほぼ一貫しているので、まだいい。問題は、ロボットが作業をしているとき、その患者に看護婦がぶつかるといった不測の事態だ。

これはとりわけ喫緊の課題といえる。これらのロボットは外科医に代わるものではなく、人間のそばにいて、一緒に補助的な作業をする目的で設計されているからだ。この新たなロボットシステムの開発に携わったUCバークレー校のロボット工学者、ケン・ゴールドバーグは次のように話す。

「ロボットが外科医の代わりを務めるようになる、などと誇張するつもりはまったくありません。より多くの補助作業を、もっと実際的な環境でこなせるようにするためのステップだと思っています」

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最終更新:3/12(月) 19:01
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