東北大学電気通信研究所の石黒章夫教授、大脇大助教の研究グループは、四脚動物が移動速度に応じて足並みを自発的に変化させる現象(歩容遷移現象)を、四脚ロボットで再現することに世界で初めて成功した。

 哺乳類の大半を占める四脚動物の多くは、移動速度に応じて、足並み(歩容)をウォーク(左後脚、左前脚、右後脚、右前 脚の脚順で接地)からトロット(対角脚が同期して接地)、そして、ギャロップ(前同士、後同士がほぼ同期して接地)へとエネルギー的に最も効率のよいとされる歩容へ自発的に遷移することが知られている。しかし、その制御メカニズムは明らかではなかった。

 今回、「動物の動きをロボットに再現させることで、そのメカニズムを明らかにする」というアプローチを採用。開発した四脚ロボットに対し、トレッドミル(ランニングマシン)上にて歩行実験を行った。その結果、「脚に荷重がかかっているときは、そのまま身体を支え続けようとする」という、きわめてシンプルな制御則をそれぞれの脚が実行するだけで、歩容遷移現象を生み出すことに成功した。さらに、四脚ロボットにより再現された足並みは、エネルギー効率に優れたものであり、ウマなどから得られた特性とよく一致することがわかった。

 この成果は、四脚動物が足並みを自発的に変化させることで効率よく移動する仕組みや、動物が身体に有する多くの自由度をどのようにして巧みに操っているかの解明に資すると考えられる。また、この成果を発展させることで、四脚動物に比肩しうる運動能力を有するロボットの工学的実現のための基盤技術となることも期待できる。

掲載論文情報:【Scientific Reports電子版】A Quadruped Robot Exhibiting Spontaneous Gait Transitions from Walking to Trotting to Galloping

東北大学

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