住居や都市の地下に張り巡らされた配管は、アクセスが難しく、そのため保守にコストがかかる。
「ジョイ（Joey）」と呼ばれる小型ロボットが開発され、地下配管の中を自律的に進むことができる。
このロボットは製造コストが安く、賢く、小型で軽量なため、厳しい地形に直面しても配管内を移動できる。
リーズ大学の研究者らは、地下の細い配管ネットワーク内を自力で進み、損傷や漏水を点検できる初の小型ロボット「ジョイ（Joey）」を開発した。ジョイは製造コストが安く、賢く、小型で軽量であり、傾斜した配管や、配管底部の滑りやすい、あるいは泥状の堆積物の上も移動できる。今後のジョイは群れとして動作し、その移動基地として、配管の補修用のアームと工具を備えた、より大型の「親」ロボット「カンガ（Kanga）」を用いる予定である。
私たちの街路の地下には、迷路のようなの配管、水の導管、下水、ガスの導管となっている。これらの配管の漏れ、または修理のための定期点検には、通常、これらを掘り起こす必要がある。後者は負担が大きく高額であるだけでなく、英国だけでも推定年間費用55億ポンドにのぼり、交通の妨げや周辺住民への迷惑、さらには環境への被害も引き起こしている。
ここで、最も狭い配管網の中を移動し、損傷や障害物の画像を人間のオペレーターに送信できるロボットを想像してほしい。これはもはや夢物語ではないことを示す新たな研究が、『Frontiers in Robotics and AI』に発表された。リーズ大学の研究者チームによるものである。
「ここでは、新しい小型ロボット「ジョイ」を紹介し、ジョイがカメラによる航行の支援すら必要とせず、実際の配管網を完全に自力で探索できることを示します」と、リーズ大学教授であり本研究の最終著者であるネッタ・コーエン博士は述べた。
ジョイは、直径7.5cmほどの狭い配管迷路を、自力で移動できる初のロボットである。重量はわずか70gで、手のひらに収まるほどの大きさである。
Pipebots プロジェクト
本研究は、シェフィールド大学、ブリストル大学、バーミンガム大学、リーズ大学の各大学による「Pipebots」プロジェクトの一部であり、英国の公益事業会社やその他の国際的な学術・産業パートナーとの協力によるものである。
筆頭著者であるタン・ルアン・グエン博士（リーズ大学のポスドク研究員で、ジョイの制御アルゴリズム（いわば「頭脳」）を開発した）は次のように述べた。「地下の水道網や下水道網は、人間にとってだけでなく、ロボットにとっても最も過酷な環境のひとつです。地下ではカーナビも使えません。さらに、ジョイは非常に小さいため、設置スペースの少ないごく単純なモーター、センサー、コンピューターで機能させる必要があり、かつ小型バッテリーも十分な時間稼働できなければなりません。」
ジョイは3Dプリントされた「ホイール付きの脚」で移動し、直線区間は転がって進み、小さな障害物は歩いて越える。エネルギー効率の高い各種センサーを備えており、壁、分岐点、角までの距離を測定できるほか、ナビゲーション用ツール、マイク、およびカメラと「スポットライト」を搭載し、配管網内の不具合を撮影して画像を保存できる。試作機の製造コストはわずか300ポンドであった。
泥と滑りやすい斜面
研究チームは、ジョイが人間のオペレーターからの指示なしに、T字路、左右の角、行き止まり、障害物、3つの直線区間を含む実験用の配管網の中で、自力で進路を見つけられることを示した。平均して、ジョイは45秒強で約1メートルの配管網を探索できた。
ロボットにとってさらに難しい条件として、研究者らは、ロボットが現実的な勾配の傾斜配管を容易に上下できることを確認した。さらに、ジョイが泥や滑りやすい配管の中を進めるかどうかを試すため、配管に砂とゲル状のゲル（実際には食器用洗剤）も加えたが、ここでも成功した。
重要な点として、センサーだけで、カメラを作動させたり、電力を大量に消費するコンピュータービジョンを使ったりしなくても、ジョイは航行できる。これによりエネルギーが節約され、ジョイの現在のバッテリー寿命が延びる。バッテリーが少なくなると、ジョイは出発地点に戻り、電力を「補給」する。
現時点では、ジョイには弱点が一つある。誤って仰向けになってしまうと、亀のように自力で起き上がれないのだ。著者らは、次の試作機ではこの課題を克服できると示唆している。今後の世代のジョイは、防水仕様にもなり、配管が液体で完全に満たされた状態でも水中で作動できるようになるべきである。
ジョイの未来は協働にある
Pipebotsの科学者たちは、「親」ロボットであるカンガを中心に、互いに通信して協働する、ジョイの群れを開発することを目指している。現在、リーズ大学コンピューター科学部の一部の同じ著者らが開発・試験を進めているカンガには、より高度なセンサーと、ロボットアームなどの補修工具が搭載され、複数のジョイを運搬する機能も備える予定である。
「最終的には、広大な配管網の状態を点検して地図化し、時間の経過とともに配管を監視し、さらには一部の保守や補修作業も実行できるシステムを設計したいと考えています」とコーエン博士は述べた。
「この技術は規模を拡大し、多様化していくと考えています。地下で協働する、複数の種からなるロボットの生態系が生まれるでしょう。このシナリオでは、より大きな電力と能力を備えるものの、大型配管に限定される大型ロボットによって、ジョイの群れが展開されることになります。この課題を達成するには、10年から20年にわたるさらなる研究、開発、試験が必要です。2040年から2050年頃に実用化が始まる可能性があります。」
