生物の知恵をロボットに活かす ― 注目の新技術「バイオロボティクス」について解説

従来のロボットは、金属製のボディと電気モーターを用い、高い精度で同じ動作を繰り返すことを得意としてきました。一方、生物は柔軟な筋肉と関節を使って繊細な動きを実現し、状況に応じて力加減を変えることができます。バイオロボティクスは、この生物が持つ「柔らかさ」や「適応力」といった特性を工学的に再現し、全く新しいロボットの在り方を提案しています。

その代表的なアプローチとして、人間の体の構造を模倣する研究や、生体組織そのものを活用する研究が進められています。

引用元：dmenu 

現在のバイオロボティクスは、人間の体の構造や動きを単に模倣するだけでなく、その柔軟性や適応力までを工学的に再現することを目指しています。例えば、人間の皮膚の構造を参考にした柔らかい外装や、腕や脚の関節を模倣したマニピュレータ（ロボットの腕にあたる装置）の開発が進められています。これにより、人間との安全な協働作業や、より自然な動きの実現が可能になってきています。

最新の研究では、生体組織を直接利用した「バイオハイブリッドロボット」の開発が進展を見せています。筋繊維から分子モーターまで、様々なバイオマテリアル（生体材料）を利用し、化学エネルギーによる自己修復や動作の実現を目指しています。

特に注目されているのが、培養した筋組織をロボットの動力源として統合する技術です。これにより、生物らしい柔軟な動きを実現できるだけでなく、生物システム特有の高いエネルギー効率や自己修復能力までをロボットに付与できる可能性が出てきています。

医療・福祉分野では、ロボットと人との直接的な接触が必須となる場面が多く、バイオロボティクスの特性を活かせる重要な領域となっています。

引用元：中日新聞 

脳卒中患者のリハビリテーションなど、これまで作業療法士が直接サポートしてきた領域でも、バイオロボティクスの活用が始まっています。人間の動作を詳細に分析し、それを基にした最適なサポートを提供することで、作業療法士の身体的負担を軽減しながら、患者にとってもより効果的なリハビリテーションを実現することが可能になってきています。

高齢者介護の現場では、介護者と被介護者双方の負担軽減が課題となっています。特に、ベッドから車いすへの移乗介助など、介護者の腰への負担が大きい作業において、バイオロボティクスを応用した装着型の支援機器の導入が進んでいます。これらの機器は、人間の自然な動きに沿ったサポートを提供することで、より安全で効果的な介護を可能にします。

製品開発の現場でも、バイオロボティクスの知見が活かされ始めています。人間の生理的・身体的特性を深く理解し、それを製品設計に反映させることで、より使いやすい製品の開発が可能になっています。

家電製品やデジタル機器の使いやすさの検証において、人間の生体反応を定量的に評価する手法が活用されています。例えば、家電製品の使いやすさを評価する際に、作業時の筋肉の活動状態を計測することで、より客観的な製品改良が可能になっています。さらに、脳波や心拍変動などのバイオデータも活用することで、使用時のストレスレベルや疲労度まで総合的に評価できるようになってきています。

工場などの作業現場でも、作業者の疲労度を生体信号から測定し、作業環境の改善に活かす取り組みが始まっています。例えば、作業者の姿勢や動作から負荷のかかりやすい工程を特定し、作業台の高さや工具の配置を最適化するといった具体的な改善につなげています。これにより、より効率的で働きやすい職場環境の実現が期待できます。

バイオロボティクスは、まだ発展途上の技術分野です。生物の複雑な機能を工学的に再現し、実際のビジネスで活用していくためには、以下のような課題に取り組む必要があります。

生物が持つ複雑な機能を工学的に再現することは容易ではありません。特に、環境に応じて柔軟に対応する能力や、自己修復能力などの実現には、さらなる研究開発が必要です。

また、バイオハイブリッドロボットのような生体材料を使用するシステムでは、長期的な安定性の確保や、生産コストの削減といった実用面での課題も残されています。

バイオロボティクスは、生物学とロボット工学の両方の知識が欠かせない学際的な分野です。そのため、両分野の知識を持ち、それらを統合できる人材の育成が急務となっています。

九州産業大学のバイオロボティクス学科（2004年に設立、2017年に学部再編 ）のような専門教育機関の設立は、この分野における人材育成の先駆けとなりました。今後は企業内での人材育成プログラムの確立や、既存の技術者の再教育なども重要になってくるでしょう。

バイオロボティクスは、生物の優れた機能を工学的に再現することで、私たちの生活やビジネスに新たな価値をもたらす可能性を秘めています。医療・福祉分野での活用から、より人間に優しい製品開発まで、その応用範囲は確実に広がっています。

現在は基礎研究や限定的な実用化の段階ですが、AI技術との融合や新材料の開発により、さらなる進化が期待される分野と言えるでしょう。