安全性と自律運転のためのヒューマノイドロボットのセンシングおよび照明技術
VCSELを用いた飛行時間型LiDAR、赤外線センシング、光力センシング、および光を用いた可視化技術による、リアルタイム3Dセンシング、ナビゲーション、および人間との安全な相互作用。
ヒューマノイドロボットとは、どのような特徴を持つものなのでしょうか？
ヒューマノイドロボットは、工業生産、物流、医療、サービスなどの実環境において、人間と直接的に相互作用を行うように設計されています。
これらのロボットは、高度なセンシング技術を用いて人や物体、動きを検知し、安全な移動と協働を実現しています。高精度なセンシングと能動的な照明は重要な構成要素であり、赤外線センシング、3D深度センシング、光学式力センシングなどの技術を通じて、リアルタイムの環境認識を提供し、安全な物理的相互作用を支えています。
機能面に加え、光を用いた可視化技術により、ヒューマノイドロボットは直感的かつ非言語的な方法で状態や意図を伝えることができ、ユーザーの理解を深めるとともに、人間との安全な共存を支えています。
技術概要：ヒューマノイドロボットにおけるセンシングと照明
ヒューマノイドロボットは、光学センシングと能動的照明を用いて、周囲の環境を認識し、それに応答します。能動的な3Dセンシングとシーンの照明は、IR:6薄膜チップ技術、VCSEL、エッジエミッティングレーザー（EEL）技術などを採用したIR LEDによる制御された赤外線光によって実現されています。
これらのソリューションは、低照度や複雑な環境下でも正確な深度認識を実現する構造化光およびステレオシステムをサポートします。 マルチゾーン直接飛行時間法（dToF）センサーは、障害物検知、ナビゲーション、衝突回避のためのリアルタイム距離測定を実現します。触覚センシングについては、スマートサーフェスやロボットの皮膚に組み込まれた光学式力センサーにより、接触、圧力、近接を検知し、人間との安全な相互作用を可能にします。
EVIYOS®などのマルチピクセル光源や高出力レーザーシステムを含む可視LED照明および投影技術は、光を用いた通信を可能にし、ロボットの視認性を向上させ、直感的なインタラクションをサポートします。
ヒューマノイドロボットにとって、センシングと照明がなぜ重要なのでしょうか？
ヒューマノイドロボットは人間と至近距離で動作するため、安全性、知覚精度、そして直感的なインタラクションが不可欠な要件となります。
高度なセンシング技術により、ロボットは人を検知し、周囲の環境を理解してリアルタイムで反応することが可能となり、安全な移動や衝突回避を支えています。同時に、能動的な照明は3Dセンシング性能を向上させ、低照度環境を含む様々な周囲環境条件下でも信頼性の高い動作を保証します。
また、照明は、状態、意図、存在を伝えることで、人間とロボットの相互作用（HRI）においても重要な役割を果たします。可視LEDは認識性と信頼性を高め、投影システムは直感的で非言語的なコミュニケーションを実現します。
さらに、バイタルサインのモニタリング機能を統合することで、ヒューマノイドロボットの活用範囲は医療分野へと広がり、遠隔モニタリング、介護支援、健康管理支援などの機能が可能になります。こうした複合的な機能は、次世代のヒューマノイドロボットにおいて、高度なセンシングと照明がいかに重要であるかを浮き彫りにしています。
ヒューマノイドロボットのシステムアーキテクチャと機能ブロック図
ヒューマノイドロボットシステムの構築には、障害物検知、人間と機械のインターフェース、その他のツールなど、いくつかの重要な機能が関わっています。以下のヒューマノイドロボットのアプリケーションブロック図は、センシング、照明、制御、通信の各コンポーネントがどのように統合され、一貫性のある人間中心のロボットシステムを形成しているかを示しています。
FAQ – ヒューマノイドロボットのセンシングとインタラクションに関する主な質問
ams OSRAMの光学ソリューションは、ヒューマノイドロボットの視覚、移動、触覚、コミュニケーションをどのように支援しているのでしょうか？
ams OSRAMの光学ソリューションは、ヒューマノイドロボットが周囲の状況を確認し、複雑な環境を移動し、物理的な相互作用を感知し、周囲の人々に意図を伝えることを可能にする、センシング、照明、および光通信機能を提供します。
ヒューマノイドロボットに赤外線照明が使われるのはなぜですか？
赤外線照明は、周囲の光量に左右されない安定した能動的な照明を提供することで、ロボットが薄暗い場所や暗い環境でも確実に「見る」ことを可能にし、ToFや構造化光などの技術における精密な深度検知をサポートします。また、可視光に基づく照明は、多くの状況において人間や技術システムに大きな支障をきたす可能性があります。
ロボティクスにおいて、直接飛行時間（dToF）センシングはどのような役割を果たしているのでしょうか？
マルチゾーンdToFセンサーは、3D深度マップの作成に必要なリアルタイムの距離測定を実現し、障害物検知、空間マッピング、衝突回避を可能にします。
dToFセンシングソリューションのコンパクトさにより、ヒューマノイドロボットの腕や脚の運動学は、より一層効率的になる可能性があります。
ヒューマノイドロボットは、人間との身体的な相互作用をどのようにして安全に確保しているのでしょうか？
ヒューマノイドロボットは、光学式力センシング技術を活用した触覚センシングにより、人間との安全な物理的相互作用を実現します。
ams OSRAMが提供するこの技術は、接触、近接、および加えられた力を高感度で検知することができ、制御された応答性の高い接触を実現します。これにより、支援や協働といった作業において、安全かつ自然な相互作用が可能になります。また、人間や物体に対する意図的な接触や意図しない接触を安全に検知し、ロボットが適切な行動をとれるようにします。
ヒューマノイドロボットにおいて、光は通信にどのように利用されているのでしょうか？
ヒューマノイドロボットは、LED、レーザー投影、マルチピクセル光源（EVIYOS® LEDなど）といった光技術を活用し、人間と視覚的にコミュニケーションを取り、状態、方向、意図などを伝えます。この視覚的なコミュニケーションにより、特に動的な環境や共有環境において、人間とロボットの相互作用における明確性、安全性、信頼性が向上します。
ヒューマノイドロボットは医療分野での活用が可能だろうか？
はい、ヒューマノイドロボットは、高度なセンシング技術を活用して人々と安全にやり取りし、人の状態をモニタリングすることで、医療分野での活用に貢献することができます。
バイタルサインのモニタリングやタッチセンシティブインターフェースなどの光学センシング技術により、ロボットは患者ケアの補助や医療スタッフのサポートを行うほか、臨床現場や介護施設において、人間とロボットの相互作用を向上させることができます。
光を活用したソリューションは、ヒューマノイドロボットシステムに対する社会的受容をどのように高めることができるか？
動的で状況に応じた投影ソリューションや、センサーを豊富に搭載した複雑なLED照明構造により、ロボット設計者は、ロボットが人間の感情に反応するように設計することが可能になります。ロボットからの言葉や音声によるフィードバック（時には煩わしく感じられることもある）の代わりに、視覚的に微妙なヒントを与えることができるのです。
人間からの指示が繰り返し不明瞭な場合、ヒューマノイドロボットが「コマンド不明」と冷たく技術的な口調で答えるのではなく、顔が赤くなり、表情が変わる方が、ずっと良いと思いませんか？ 高度な照明技術により、感情的な側面に対応するために目や口が表現された、人間の顔を模したかさばるディスプレイの代わりに、ロボットのシャーシの適切な位置に照明を直接組み込むことが可能になります。