協働ロボット工学が橋渡しする製造のデジタルとフィジカルのギャップ

• 熟練の溶接工とロボットアームのコラボレーションによる歩道橋プロジェクト
• 従来は建設不可能だった、極めて複雑なデザインを実現
• ロボット工学が建築分野で開く創造性の扉

Autodesk Research Robotics Lab のシニア リサーチ サイエンティスト、エヴァン・アサートンは「このプロジェクトに参加した際に立てた仮説は、デザイン環境の優れたソフトウェア ワークフローを構築すれば、極めてクレイジーで複雑な構造体を作れるというものでした」と述べる。この理論はアロヨ橋のジオメトリとして現実のものとなった。この橋は 全長 21.3ｍ の複雑な形状の鋼製歩道橋で、500 種以上のパーツが使用されている。南カリフォルニア大学とオートデスクの合弁事業であるアロヨ橋プロジェクトは、熟練の溶接工と重厚なロボットアームがタッグを組んだ、人間と機械のコラボレーションの成功例となっている。そしてこれは協働ロボットのテクノロジーが、人間の工芸技術とロボットの正確さを組み合わせる上で、技術が効果的な方法となり得ることの証明だ。

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R. スコット・ミッチェル氏 (Project Designer, Director of Fabrication, Associate Professor, USC): すさまじい複雑さです。同じパーツは存在しません。パーツ数は 500 以上に及び、その角度もまちまちです。

デヴィッド C. マーティン氏 (FAIA, Architect of Record): クラスでのブリーフィングの内容は、歩道橋をデザインするというものでした。とても興味深いプロジェクトです。スパンは 21m もあります。学生たちは全く異なる 4 種類の、非常に魅力的なコンセプトを展開しました。そこから最も興味深いものを選択しました。

アダン・マシアス氏 (Job Captain, USC Architecture 卒業生): 学生は、このプロジェクトが実際に建設される、などとは考えないものです。教師からは そのプロジェクトは実際にはどう建設するのかを、現場の状況を含めて全て考慮するように教えられてはいます。でも、この橋の場合は、少し異なっていました。デヴィッドは実際に建設するメンタリティで臨んでいました。それはデザイン段階で我々のモチベーションになりました。

アレックス・ウェイスフェルド (Computational Designer, USC Architecture 卒業生): アロヨ橋プロジェクトの設計はフルデジタルで、製造プロセス全体がワンチームで行われました。この業界では珍しいことです。

ミッチェル氏: このプロジェクトは構造に専念するもので、学生が通常では得られない体験になったと思います。彼らは構造上の課題とその外観のみに集中していました。ジオメトリは非常に複雑でしたが、それにより自由度も高くなりました。注目を集め 常にさまざまな反応が得られました。

マーティン氏: 従来の方法であれば、労働集約型になっていたでしょう。でも利用できるツールで進めていくうちに、プレファブや事前塗装を行って、それを組み立てるミニマルな現場にすることになりました。エンジニアリングを始めるまで、その複雑さを暗示するようなものはありませんでした。スコットからは、絶対にロボットを使うべきだと言われました。

ミッチェル氏: 熟練の溶接工と連携する必要があり、それは極めて重要なプロセスでした。最初にオートデスクにコンタクトした際に伝えたのは、構築したいものがあり、それに協働ロボットを活用したいが、熟練溶接工も残したいということでした。同時にコストも大幅に削減したいと考えていました。そこで新しいテクノロジーを段階的に導入することを考えました。ロボットは隅に置いておき、特殊な形状を構築する際に、必要に応じて運び込むようなワークフローを考えたのです。

ヘザー・ケリック (Principal Research Scientist, Autodesk Research Robotics Lab): 初めて橋のデザインを見たときには、本当に興奮しました。これまでラボで研究してきた様々なテーマを、検討する機会が提供されたからです。それを研究所でなく実地で使う機会です。

エヴァン・アサートン (Autodesk Research Robotics Lab): ラボでの研究では 従来は建設不可能だった、極めて複雑なデザインを取り上げてきました。既存のテクノロジーを検討し デジタルによる複雑性と物理的な製造技術とのギャップを埋めるソフトウェア ワークフローを生み出せるか、ということです。

ウェイスフェルド氏: 協働ロボットが成立するのは、人間が実際にロボットと同じワークフローに取り組める場合です。我々の例では、ロボットは重労働や正確な位置調整を担当します。人間は複雑なカーブの溶接など、よりスピードが必要で細かな作業を行います。それは技術的にはロボットを使用したプログラムでも可能ですが、現時点では人間が担当した方がずっとシンプルで迅速です。

ケリック: 自動化されたシステムは、脆弱性も高くなりがちです。不具合や予期せぬことが起きた瞬間にシステム全体がダウンすることもあります。これまで業界は。できるだけ混沌の機会を減らすことで、それに対処してきました。シックスシグマのように、人間の力の及ぶ範囲で全てを完璧・正確にすることを支援する品質管理手法です。このプロジェクトは、そうした混沌を受け入れ、その対応と処理を人間に頼る手法を採っています。

マシアス氏: ロボットを理解すれば、制御は非常に簡単になり、作りたいものを何でも作れるようになります。

マーティン氏: オートデスクが参加した際には、我々には想像しかできない何かが見えているのだと思いました。それは、コンピューターと人間が手を取り合ってプロジェクトを構築する未来です。

アサートン: ロボットのようなツールをデザイナーやアーティスト、建築家が、より簡単に使えるようにすることで、現実世界での様々な応用も急増するでしょう。世界を異なる視点で眺めている人々が、これまでには不可能だった方法により、そのアイデアを物理的に具体化できるようになるでしょう。

ウェイスフェルド氏: 多くの人に、このプロジェクトは「ロボットで作ったんだね」と言われます。確かにそうなのですが、重要なのはロボットでどうやって作ったのか、ということです。

マシアス氏: ロボット工学は、建築分野の創造性に多くの扉を開くでしょう。また、あらゆるデザインの建造物の建築を効果的にするでしょう。

ミッチェル氏: このプロジェクト規模でも、ロボットはとても実用的に使えます。多くの企業がロボットをフライス加工や他の機械加工作業に使っていますが、我々が使用しているのは極めて正確なものを作成する低コストなロボットです。

アサートン: このプロジェクトに参加した際に立てた仮説は、デザイン環境の優れたソフトウェア ワークフローを構築すれば、極めてクレイジーで複雑な構造体を作れるというものでした。我々はそれを達成したと考えています。