オオタカのように空を舞うドローン

連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）開発の鳥型ドローンは流線形の黒い胴体と赤い羽を持つ EPFL/Alain Herzog

連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）の研究グループが開発する鳥型ドローンは長時間の飛行が可能だ。将来は途中で電線に停留して充電もできるようにしたいという。

「私たちのドローンは自然のものに着想を得ているが、見た目と機能はかなり単純化されている」とEPFLで知能システム研究室を主宰するダリオ・フロレアーノ教授は言う。自然のままでは複雑になるからだ。このEPFLのバイオメカニクスプロジェクトでは技術的に合理性があり可能なものを取り入れている。目的は、オオタカのように飛行し着地できるドローンを作ることだ。

最初は昆虫をヒントにした。マイクロドローンが群れを成して自律的に飛行できるように複眼と電子頭脳を装着した。これで人間が操縦しなくても衝突を避けられると考えた。

「だがすぐに、最高性能の視覚システムを搭載しても衝突は避けられないと気付いた」と連邦研究能力センター（NCCR）ロボティクス領域長でもあるフロレアーノ氏は言う。本物の昆虫や鳥でも時にはぶつかることはある。しかし衝突のショックを体で吸収できるため墜落事故につながることはめったにない。特に昆虫の外骨格や羽はとても柔軟にできていると説明する。

ダリオ・フロレアーノ氏はギター愛好家でもある。ロボットに限らず美しい機械が好きだ NCCR Robotics

折り畳み式の翼

そこで同氏らのチームは素材開発に注力した。ドローンに限らず、柔軟な材料の開発はいずれにしてもロボティクス全体の重要な課題の１つだ。例えば金属製の手では、人間の手のように精巧でしなやかに物や人と接することはまず無理だろう。

2018年からは模倣対象に鳥も加えた。特にモデルにしたのが猛禽類（もうきんるい）のオオタカだ。この発想から生まれたドローンは研究室の主要プロジェクトの１つとなった。超軽量素材で作られた同ドローンの翼は非常に柔軟で、本物の鳥の翼のように飛行中に折り畳んだり角度を変えたりできる。

作成したドローンはまず研究室の地下ホールでテストする。そこは体育館程度の高さのある空間で、広さはバスケットボールコートの約半分。可動式ネットで大きなケージが形成され、壁にはセンサーが設置されている。さながらハリウッドスタジオの鳥小屋のようだ。ホールの一角には人工的に空気の流れを作る扇風機のような風洞（ふうどう）が設置されている。これで、屋外で観測されるほぼ全ての風の動きを再現できる。

プロペラはくちばしに

この鳥型ドローンの最大の特徴は翼だ。「本物の羽は使っていない」とフロレアーノ氏。しかも翼を上下に動かし羽ばたくこともできないという。理由は、鳥が羽ばたくのに必要な筋肉の仕組みは自然界に存在する最も効率的で複雑なものの1つだからだ。このドローンでは代わりにプロペラをくちばし部分に取り付け、前方への推進力を生み出している。この方法はとてもうまく機能する上、より効果的だと同氏は言う。さらに他の「翼のある」ドローンや飛行機にも応用できるという。

フロレアーノ氏らのドローンは翼を上下には動かせないが、主翼や尾翼の形や角度を飛行中に変えることができる。この単純化によって、他の翼付きドローンよりも操作性が向上し、さらに1回充電での最長飛行距離を、同重量の従来ヘリコプター型ドローンの約2倍に伸ばした。

開発チームが現在取り組んでいる次の課題は悪天候下での飛行だ。同氏は「強風下でも翼の形を調整して空中にとどまることができる鳥もいる。現在このドローンに知的制御システムを装着する研究を進めている。それによって他のドローンでは失敗するような状況下でも飛行できるようにすることを目指している」と言う。

人工知能が役に立つ

その次の課題は着地と地上での移動を可能にすることだ。このために同研究室では既に曲げ伸ばしできるロボットかぎ爪の開発を手掛けている。これを鳥型ドローンに装着し、地上を「歩く」ことや物をつかむことができるようにする。

それだけではない。「この爪で例えば木の枝に降り立てるようになる。それができたら次は電線に止まって充電できるようにしたい」と博士研究員のウィリアム・スチュワート氏は言う。しかしこの課題は現時点では未解決だ。「ロボットかぎ爪はまだ思うように動いていない。だがまだ研究段階。うまくいかないことがあるのは普通だ」（スチュワート氏）

このドローンの研究開発では素材だけでなくソフトウェアも重要だという。フロレアーノ氏は「全体的に非常に複雑なものだ。何通りもの組み合わせで主翼と尾翼の形や角度を変えて調整でき、加えてあらゆるスタイルで飛行できる。それをうまく制御するのには人工知能が役立つだろう」と説明する。

実用化が進むドローン

▼ EPFLの開発者が鳥型ドローンについて紹介した動画（英語）。流線形の黒い胴体と赤い羽が目を引く

ところでこの鳥型ドローン。いつか何かの役に立つのだろうか？フロレアーノ氏は「農業や環境の監視に間違いなく利用できる。また将来的には長距離輸送にも使えるかもしれない」と今後の展望を語る。

初期モデルは10年以上も前に研究室を出て実用化されている。09年にEPFLの研究者らが設立したセンスフライ（SenseFly）は、偵察・地図作成用ドローンの提供で世界を先導する企業へと成長し、現在は米国コンツェルンのアグイーグル（AgEagle）傘下にある。14年に設立されたEPFL発スピンオフ、フライアビリティ（Flyability）も同様に市場をリードする企業へと大きく成長した。同社は、例えば貯蔵タンクやパイプ、洞窟などの狭くて複雑な空間に入り込めるドローンを提供している。

▼フライアビリティのドローンがツェルマットの氷河の裂け目（クレバス）を探索する様子を紹介した動画

（独語からの翻訳・佐藤寛子）