2011年、ハーバード大学のジョージ・ホワイトサイズ教授は、機械のあり方を根本から見直すことに貢献しました。ハーバード大学および米国防総省の国防高等研究計画局（DARPA）と協力し、生物から着想を得た「ソフトロボット」を開発しました。
彼が取り組んだ課題は、高さ2センチメートル未満の隙間を通り抜けられるロボットを作ることでした。多くのロボット工学者が従来型の剛性ロボットを使おうとするなか、ホワイトサイズ教授は自然界や生物から着想を得ました。そして、柔軟性のあるエラストマー系ポリマーだけで作られた、新しい種類のソフトロボットを生み出しました。剛性素材でできたロボットとは異なり、ソフトロボットは柔軟性によってDARPAの課題を容易に達成しました。これはロボット工学分野における画期的な成果でした。
DARPAとの協力から生まれた初期の技術応用は、主に生物医学分野のものでした。ソフトロボットは、侵襲手術の際に体内を柔軟かつ繊細に動き回ったり、臓器や軟部組織を傷つけずに安全に運んだりする用途に使えます。しかし間もなく、この画期的な技術の応用先として産業オートメーションが登場しました。
電子商取引、先進製造業、食品・農業などの業界では、労働力の減少、顧客需要の増加、食品分野での安全基準の一層の厳格化に対応する自動化ソリューションを見つける必要性が高まっています。しかし、これらの業界の製品は種類が多く壊れやすいため、自動化の対象からほぼ除外されてきました。
ホワイトサイズ教授の研究が学術研究開発にまったく新しい重点領域をもたらす一方、2013年にはSoft Robotics Inc.が先駆者として登場し、初で唯一の商業用途の開発に取り組みました。同社はこの技術を、世界中の産業顧客の自動化を可能にする商用製品へと発展させました。特許取得済みの材料科学とAIを活用し、人間の手と同じ器用さで物をつかめる自動化ソリューションを構築しています。世界の食料供給を支え、あらゆる市場で産業の生産性を高めるため、ロボットによる自動化に変革をもたらしています。
なぜソフトロボティクスが必要なのか
農産物や焼き菓子を中心とする食品の取り扱いと包装は、非常に人手に頼る工程です。人件費は製品総コストの大きな割合を占めます。歴史的に、こうした市場の労働力は低賃金の移民労働者によって支えられてきました。しかしここ数年、農産物をはじめとする食品生産市場で労働力の確保が大幅に難しくなっています。
カリフォルニア州サリナスでの移民労働者の減少、EU諸国から英国への労働者の流れに対するブレグジットの影響、あるいはオーストラリアで新たに可決された「バックパッカー」労働者への規制障壁など、これは世界的な問題です。世界各地で食品のコストと供給に直接影響しています。労働力がますます不足するなか、生産者は生産性を維持し、多くの場合、食品生産事業の経済的存続可能性を保つために自動化へと向かっています。
従来のロボットは、単一の作業を極めて効率的に行うよう設計されてきました。しかし、食品でよくあるように対象物や作業が変わると、こうした従来型の機械は再統合と再プログラミングが必要になり、数百時間と多額の設備投資を要することがあります。
この問題は食品に限りません。消費財の需要が増え、先進製造業や電子商取引などの業界で労働力が制約されるなか、器用な物体操作を実現するロボットへのニーズはかつてないほど高まっています。米国政府も、2016年版「ロボティクス・ロードマップ」報告書で、「日常的な物体を器用に操作できる柔軟な把持機構」を「国家的な必須課題」と位置づけています。
今日のロボットソリューションの大半は、硬質なリンク機構と視覚システムを基盤としているため、食品のように柔らかく形状が一定しない物体をつかんだり、人と安全にやり取りしたりすることが困難です。従来のロボットメーカーは、剛性のあるリンク機構、センサー、高度な視覚システムを使って人間の手を模倣しようとしてきました。Soft Roboticsのアプローチは、コストと複雑さをさらに増すのではなく、材料科学によってこの問題を解決します。
Soft Roboticsの技術設計は、タコから着想を得ており、従来のロボット工学の考え方から大きく転換するものでした。これにより、動作にセンサーやその他の電気機械装置を必要としない、ポリマーだけでできたソフトロボット用アクチュエーターが生まれました。システムの計算能力は、独自配合の素材とマイクロ流体チャネルを備えたグリッパー自体に組み込まれています。作動するとタコの触手を模倣し、人間の手の把持能力を再現します。
現在、自動車以外の業界でロボットによる自動化が進んでいるのはわずか12%です。既存の剛性ロボットでは、変化する製品や構造化されていない作業を器用に扱えないためです。柔軟で追従性のある素材の特性を活かし、労働力不足に悩むこれらの業界にまったく新しい用途をもたらす、適応性と器用さを備えた新世代のロボットハンドを構築できます。
食料生産の未来を切り開く
21世紀の農業は、農村の労働力が縮小するなか、増え続ける人口を養うために食料生産を増やすという課題に直面しています。国連によると、過去1世紀で世界人口は4倍になりました。この人口増加に、途上国の所得向上が加わり、世界の食料需要を押し上げています。その需要は、2050年までに59%から98%増加すると予測されています。
こうした変化は、農業と食品の市場を新たな形に変えていきます。農家は生産量を増やす必要があります。しかし、労働力不足によって生産は鈍化し、事業の拡大も困難になっています。農業の労働力不足は、2002年から2014年の間に年間30億ドルの収益損失をもたらしました。米国の野菜の3分の1、果物とナッツの3分の2を生産するカリフォルニア州は、とりわけ大きな影響を受けています。農業労働力調査および米国農業センサスによると、同州では2002年から2014年の間に農業労働力の約40%が失われました。農業の生産性という課題を解決すれば、世界の食料をまかなえるだけでなく、雇用を創出し、農業を基盤とする経済を輸出型経済へと転換できます。
労働力不足と食品安全への懸念は、世界の食品コストと入手可能性に直接影響しています。Soft Roboticsの技術は、新たな業界が取り扱いや包装の工程に自動化を導入するのを支援します。地球上のすべての人が、世界の食料供給網に関わっています。私たちは、この市場に供給する食品生産者の事業が経済的に成り立つよう取り組んでいます。
Soft Robotics Inc.は、世界経済フォーラムの2018年テクノロジー・パイオニアに選出されました。今年のテクノロジー・パイオニア全社の一覧はこちらをご覧ください。
