賢いロボットの作り方 ~ 自分で考えて行動するロボットをつくる ~ 関東学院大学 理工学部 ( 届出設置書類提出中 ) 准教授元木誠 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 1
本日の講義内容 周囲の状況を認識し, 自分で考えて行動するロボットのことを知能ロボットといいます 知能ロボットは賢さのレベルによって作り方が違います 生物の脳をモデルにしたシステム ( ニューラルネットワーク ) で作る方法を紹介します! 知能ロボットと人工知能 人工知能の分類 人工知能を搭載したロボット 車輪型移動ロボットを賢くしてみましょう! 今後の知能ロボット研究 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 2
知能ロボットと人工知能 知能ロボットとは? 周囲の情報をもとに自分で考え行動するロボットこと 人工知能を搭載しています 技術は 身近なところで応用されています 人工知能の特徴 人間と同じように 自らの考えと行動を成長させ 発展させることができる!! 学習 と 進化 という二つの方法があります 学習 見本 データと照合することで最も適切な行動を導き その行動の結果から内部情報を修正していく方法 進化ある行動に対する評価値を設定し 最も評価値の高い行動だけを残していく方法 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 4
ニューラルネットワーク 脳の神経回路の仕組みを数学モデルにしたもの シナプス 軸索 神経細胞 脳の神経回路 樹状突起 入手した情報を信号にして伝達していきます 一つの信号が次のニューロン ( 神経細胞 ) に伝わり さらに次々と複雑に伝達することで情報処理を行います この仕組みを利用 数式にしてコンピュータ処理することで センサで感知した情報を 人間と同じように処理する人工知能をつくることができる!! 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 5
ニューラルネットワークを用いた人工知能 ニューラルネットワークを使うと 例えば 障害物をよける といった単純な反応行動を実現できます シナプス 軸索神経細胞 樹状突起 もう少し複雑な行動を行うためには 例えば 一つ目の角を右折し 二つ目の角を左折する といった計画行動には パルスニューラルネットワーク という仕組みが使用されます 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 6
より複雑で高度な行動を実現するためには ニューラルネットワークを使うと 単純な反応行動 パルスニューラルネットワーク もう少し高度な計画行動 さらに より高度な行動を行うためには 例えば 人と対話をする などの相互理解が必要な行動には 別の機能が使われます 夢ナビホームページより いくつかの人工知能システムを使い分けることによって より人間に近い行動が可能になります もしかしたら 人間が考えつかない 最良の方法 を 人工知能が教えてくれる日が来るかも 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 7
人工知能の分類 ( 知能ロボットの場合 ) 反応行動 障害物回避, 注視反応など 外界の事象を感じ, 素早く反応するような行動 計画行動 目標到達 帰還行動など 環境の地図や事物の知識と現在の状態とを照らし合わせつつ, 一定の目的に向かって遂行する行動 適応行動 ニューラルネットワークの学習, 強化学習など 経験を通じて自己の行為を改良することで目的を達成する行動 協調行動 協調運搬, 役割分担など 一定の評価軸から見たとき, 複数のロボットが 1 体ロボットの行動よりも高い評価を達成する集団行動 相互理解 行為理解, 模倣など 他者や自分の状況, 振舞い, 意図, 感情などを理解したり, それに基づき意思疎通を行う知能 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 9
ロボットの行動決定 ~ 反応行動 ~(1) Bioloid に自律行動させる 頭の中央赤外線反射率感知センサに反応があれば挨拶する 拍手の回数に応じてロボットも同じ回数だけ拍手をする 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 10
ロボットの行動決定 ~ 反応行動 ~ (2) スタート 直立姿勢に 判断ポイント 中央センサ値 >50? YES 挨拶モーションを再生 NO 音感知回数!=0? YES 拍手モーションを音感知回数だけ繰り返し再生 NO 終了 音感知回数 0 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 11
ロボットの行動決定 ~ 計画行動 ~(1) 二足歩行ロボットが自律的にボールを探索し, ゴールとボールの位置関係を考慮してゴールにボールをシュートする s u state unification module s u r evaluation a u action a u upper layer r selection of modules around module approach module shoot module lower layer s l1 s l2 s l3 state1 state2 state3 action sensor motor a l r evaluation environment 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 12
ロボットの行動決定 ~ 計画行動 ~(2) 二足歩行ロボットが自律的にボールを探索し, ゴールとボールの位置関係を考慮してゴールにボールをシュートする 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 13
ロボットの行動決定 ~ 適応行動 ~ 視覚センサで目標物 ( 緑色の球 ) を探索し, 追従するように学習 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 14
人工知能を搭載したロボット PALRO( パルロ ) (1) 知能化技術を集約した小型ヒューマノイドロボット 人に情報やサービスを提供するパーソナルホームコンシェルジュとして開発 身長約 39cm 体重約 1.6Kg 富士ソフト https://www.palrogarden.net/ 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 16
人工知能を搭載したロボット PALRO( パルロ ) (2) ハードウェア 富士ソフト https://www.palrogarden.net/ ネットワーク接続 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 17
車輪型移動ロボットを賢くしてみましょう!(1) e-puck(aai ジャパン社 ) 各種センサを搭載 近接赤外線センサ 8 個 光センサ 8 個 C-MOS カメラ 3 軸加速度センサ マイク 3 個 2 個のステッピングモータで左右の車輪を駆動 dspic プロセッサ (microchip 社 ) 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 19
車輪型移動ロボットを賢くしてみましょう!(2) 実環境 (4 倍速 ) シミュレータ 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 20
ニューラルネットワークを搭載する! ロボットを障害物にぶつからないようにニューラルネットワークを利用して行動させる 各種センサ値と 1 ステップ前の出力値をネットワークへ入力する ネットワークから左右の車輪モータへの出力値が出力される ネットワークを進化で賢くする! センサ値 モータへ出力 ニューラルネットワーク 知能ロボットシミュレータ ロボットを行動やニューラルネットワークの状態をコンピュータで解析する 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 21
ニューラルネットワークで計画行動を作ってみよう! 指示板の色で 4 種類の環境を区別して, それぞれのゴールまで移動する 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 22
普通のニューラルネットワークの場合 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 23
パルスニューラルネットワークの場合 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 24
今後の知能ロボット研究 センサ コンピュータ モータは さらに高度に多機能に より高度な人工知能 (AI) の搭載 技巧的な動きが可能 ( ダンスや 弦楽器の演奏など ) 会話能力や自動的な学習能力も獲得言葉を理解常識を理解 感情を理解 アカデミックロードマップ 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 26
ロボット分野アカデミックロードマップ 株式会社日本総合研究所 社団法人日本ロボット学会 社団法人人工知能学会 日本人間工学会 ロボット分野に関するアカデミック ロードマップ報告書 より 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 27
本日の講義内容おわり 周囲の状況を認識し, 自分で考えて行動するロボットのことを知能ロボットといいます 知能ロボットは賢さのレベルによって作り方が違います 生物の脳をモデルにしたシステム ( ニューラルネットワーク ) で作る方法を紹介しました! 2025 年には もっと賢いロボットが生活に普及しているはず?! 医療 介護 重労働 危険な作業 災害などの場面で活躍するロボットを想像してみましょう! 夢ナビライブ東京賢いロボットの作り方 28