大同大学のゼミ・研究室

　現在、モノづくりの現場では製造ラインの自動化が進み、たくさんの産業用ロボットが活躍しています。また、家の中を勝手に掃除してくれる自動掃除ロボットや飲食店で料理を配膳してくれるロボットなど、ロボットは私たちの身近なところでも広く活用されるようになってきました。そのような中で、人とロボットが助け合いながら生きていける未来をめざして、人とふれあったり、人と協力していっしょに作業できるロボットについて研究しているのが、大同大学工学部機械システム工学科の吹田 和嗣先生。吹田先生は、これまで大手自動車メーカーでさまざまな産業用ロボットの開発・導入に携わってきたほか、サービスロボットの研究開発などにも取り組んできたロボティクス応用研究のエキスパートです。
　「人と協調したり、コミュニケーションを取ることができるロボットの研究が進めば、モノづくりの現場だけでなく、サービス業や医療・介護分野など、幅広い領域でこれまで以上にロボットが活躍できるようになるはずです。この研究は少子高齢化や労働力不足などの社会の課題解決、人々が健康で幸せに暮らせる社会づくりなどにも幅広く貢献できる可能性を秘めており、とてもやりがいの大きい研究テーマです」
と吹田先生は目を輝かせます。

　現在、製造ラインで稼働している産業用ロボットは、安全面などの観点からロボットが稼働するエリアと人が作業するエリアが分離されていることがほとんど。ロボットが設置した部品に対して人がネジ締め作業を実施するなど、限定的に人とロボットが同じ空間で作業することはあるものの、吹田先生がめざす協調作業の実現にはまだまだ遠いと言います。
　「たとえば杵で餅をつく人と、臼の中の餅を返す人が阿吽の呼吸で連携する餅つきは、まさに究極の協調作業の一例です。人とロボットでも同じように阿吽の呼吸で、同じ空間内で安全に、かつ協力して作業できるようになるのが理想です」
　しかし、吹田先生によると人と協調するロボットの研究は始まったばかりで、まだまだ発展途上の研究分野。安全面やコミュニケーションの方法など、さまざまな観点から現状のロボットが抱える課題を一つひとつ整理し、解決していくことが必要だと言います。そこで吹田研究室では、金属製のロボットにやわらかい粘弾性材料をまとわせて安全性を担保できないか検討したり、自律的に移動するロボットが障害物を認識する際、人と障害物を区別して認識できる仕組みを開発するなど、幅広いアプローチでロボットの安全性向上や高性能化に取り組み、人と協調できるロボットの実現に挑んでいます。

　吹田研究室の大きな特長のひとつが、企業との共同研究。研究室で取り組む研究テーマはさまざまありますが、どれも企業と連携して行われる共同研究ばかり。企業との共創活動を通してアーム付き自律移動ロボットの改良開発を行ったり、実際に製造ラインで稼働している産業ロボットの省エネ化の実証実験をするなど、学生たちは企業の方々と意見交換や進捗報告を重ねながら、それぞれの研究テーマに取り組んでいます。
　「共同研究を通して現在のロボティクス領域が抱える技術課題などの具体的な目標に取り組むことで、学生たちは自分の研究がどんなところに役立つのかをリアルに実感できます。さらに、企業が実施している研究や開発のプロセスを実践的に体験すると、ものごとを円滑に進める力やプレゼンテーション能力なども鍛えられます」
　また、そもそもロボットは、機械工学や情報工学だけでなく、さまざまな領域の技術を横断的に掛け合わせて実現されているもの。ときには医療分野の知識を活用して安全面を検討したり、心理学を応用して人とのコミュニケーション方法について考えるなど、さまざまな知識を総動員する必要があるため、幅広い知識や力がおのずと身につくのも、吹田研究室の特長のひとつです。これからの進化に期待が膨らむロボット同様、吹田研究室で大きく成長した学生たちの未来も無限の可能性が広がっています。

　「もっと早くこの研究に取り組んでいたら、多くの人々の助けとなることができたかもしれない。東日本大震災の際、悔しさとともに研究への情熱が今まで以上に湧き上がったことをよく覚えています」
　そう語るのは、大同大学情報学部情報システム学科の朝倉 宏一先生。これまでネットワークを利用したさまざまな情報システムの研究に取り組んできた朝倉先生が、近年特に力を入れているのが、災害発生時の避難支援システムの開発です。昨今では高精度な地図アプリや、渋滞情報などを考慮して道案内をしてくれるナビアプリが実用化されており、私たちは日ごろからカーナビやスマートフォンのナビアプリをあたりまえに使うようになってきました。しかし、これらのアプリは、災害時の避難経路選択に活用するにはまだ不十分だと朝倉先生は言います。
　「災害時には、普段は通ることができる道が通行不能になっていたり、情報が錯綜するなどの事態が想定されます。さらには基地局に被害が出てインターネットにつながらないなど、ナビアプリを利用できる保証もありません」
　そこで朝倉先生は、現在どこにどれくらい避難者がいて、どの道路を使用して避難しているのかをなるべくシンプルな方法で共有し、安全な避難経路を計算するシステムの開発に取り組んでいます。

　システム開発では、アルゴリズムと呼ばれる「問題を解決するための手順や計算処理方法」の設計が重要です。どんなに正確なプログラムが作れても、アルゴリズムが正しくなければ、システムは上手く作動しません。また、システムのスピードや精度はアルゴリズムに大きく左右されるため、いかに単純で高性能なアルゴリズムを考えられるかがポイントになってくると朝倉先生は言います。そんななか、朝倉研究室で開発している避難支援システムのベースとなっているのが、アリの採餌行動に着想を得た「アント・コロニー・アルゴリズム」。
　「最初は一匹ずつランダムに餌を探し回っていたアリたちは、餌を見つけると最短経路で行列を作って餌を巣穴に持ち帰るようになります。アリたちは互いにコミュニケーションを取ることができませんが、地面にフェロモンを置きながら移動することで、最短経路を効率よく発見しているのです。このアリの習性をモデル化したアルゴリズムを、GPSなどで取得した避難者の位置情報から最適な避難経路を計算することに応用できないか改良を重ねています」

　朝倉研究室では、避難支援システムのほかにも、プログラミングの学習支援システムなど、さまざまなシステムの開発に取り組んでいます。学生たちは各システムに最適なアルゴリズムの考案だけでなく、実際に自分でプログラミングしてシステムを試作。シミュレーションにより期待した性能が出ているか評価しながらシステムの改良を重ねていきます。こうしてシステム開発の流れを実践的に体験することで、課題を解決するための手順を論理立てて考える力や、プログラミングのスキルなどを高めていくことができます。
　「AI（人工知能）ブームにより、『いずれプログラムを勉強しなくても全部AIが書いてくれる時代が来る』と言う人がいます。確かに近年のAIの発達は著しいものがあり、AIに自動生成させたプログラムも十分活用できるものになってきています。しかし、AIも元々は私たちが作り出した情報システムのひとつであることを忘れてはいけません」と朝倉先生。プログラムをAIが書いてくれるようになっても、その「プログラムを書くAI」を制御するプログラムを書くのは私たちであり、そのシステムを設計、整備していくのは人なのです。朝倉研究室で学ぶ、システム開発のノウハウやプログラミングスキルは、どれだけAIが発達してもこれからも必ず必要とされる知識や技術です。

　「建築には正解がない。だからこそ奥が深いし、おもしろい。決して工学的なアプローチを否定するわけではありませんが、建築について考えるときには、一様な正解を追求する工学的なアプローチだけではなく、さまざまな魅力ある答えを導き出すこと、そして、自分なりの答えにたどり着くことが大切だと思っています」
　そう語るのは、大同大学建築学部建築学科の武藤 隆先生。芸術大学美術学部の建築科を卒業した後、世界的にも有名な建築家である安藤忠雄氏のもと、安藤忠雄建築研究所で活躍してきた武藤先生。住宅などの一般的な建築物だけでなく、美術館や博物館の設計、芸術祭やギャラリーなどの展示空間の会場構成などを数多く手掛けてきた、豊富な経験を持つ建築家です。武藤先生は、建築家としての自身の経験のなかで「たくさんの答えを導き出せる、多様な価値観の重要性」を痛感してきたそう。そのため指導者となった現在は、学生たちの自主性を育てながら、柔軟な発想を引き出せるように心がけていると言います。建築学を工学のひとつと位置づけ、工学部の中に建築学科を配す大学が多いなか、大同大学は2024年、工学部とは独立した立ち位置で建築学部を新設。これも大同大学の建築学部が、自由な発想で独創的な提案ができる人材を育成するという意思の現れです。学生たちは武藤先生たちのもと、柔軟な発想で自分なりの答えを導き出す力を養っています。

　武藤先生の教育方針を象徴するひとつの例が、ゼミ室で使用する自分のイス選び「それぞれの椅子」です。武藤研究室に配属された学生が最初に取り組む、毎年恒例の課題です。学生たちは一人ひとり、設定された予算内で自分が1年間ゼミ室で座るイスを選びます。予算以外はすべて自由。機能性やコストパフォーマンスを重視して量販品を購入する学生もいれば、オークションサイトやフリマアプリなどを駆使して、自分が気に入ったアンティークのデザイナーチェアを探し出してくる学生、過去には木材や材料を買い込んでオリジナルチェアを自作した学生もいると言います。
　「建築に正解がないのと同様に、この課題にも一様な正解はありません。さらに、最初は快適だったが想定していたよりも経年劣化が激しかったなど、正解だと思えていた選択が変わってくることもあるかもしれません。学生たちにはこうした経験を通して、多様な価値観でものごとを判断できる力を養ってほしいと願っています」
　また、武藤研究室では、先生が過去に実際に設計に携わった建築物を見学するなど、実物を確認する機会を豊富に用意。どうしても模型や図面を使った学習が中心になってしまう建築学において、実寸大の建築物にふれる機会はとても貴重だと武藤先生。学生のうちにたくさんの本物にふれ、どんどん感性を磨いてほしいと言います。

　卒業設計は大学での学びの集大成。武藤研究室の学生たちはこれまで学んできた知識や経験を総動員して、それぞれが自由にテーマを選定し、卒業設計に取り組みます。コンサートホールの設計や、木材や森林の有効活用、地元の地域活性化など、毎年バラエティに富んだテーマの卒業制作が生まれています。武藤先生は学生たちに親身になって寄り添い、アドバイスやヒントを与えていきますが、どんなときも答えを教えることは絶対にせず、学生がとことん悩み抜いて自分の理想を追求できるようにサポートします。
　「社会に出て実際に仕事として取り組む建築と違い、大学で学ぶ建築ではコストや時間の制約についてあまり重要視しないところがあります。社会では『どんなに良い設計を思いついても、予算や工期などが優先されて採用されない』ということも日常茶飯事。しかし、最初からコストや時間ばかりに囚われ、無難な設計ばかりしていては自分自身もこれからの建築業界も進歩していきません。だからこそ私は、大学のうちに自分の理想を追求する姿勢をしっかりと育んでほしいと考えています」
　自由な環境のなかで、自身と向き合いながら悩み抜いて取り組んだ卒業設計の経験は、学生たちの大きな糧となり、これからの建築業界を進化させていく原動力になるでしょう。