ネズミ形ロボットの研究で、人間とロボットの未来像を描く〜石井裕之・早稲田大学創造理工学部 准教授

「ロボットのいる暮らし」が年々現実味を帯びており、家庭でロボットとコミュニケーションをとりながら生活していくことが技術的に可能になりつつある。家庭用ロボットに社会的に理解が高まる中、人間を支援するロボットの開発に取り組んでいるのが、早稲田大学総合機械工学科創造理工学部の石井裕之准教授だ。
学習心理学を応用し、ネズミと小型ロボットとの関係を観察する実証実験を重視しながら、単に共に過ごすだけではなく生物に行動の変容を促す機械システムの開発に取り組む石井准教授に、ロボットのある未来の実現に向けたビジョンを伺った。

行動心理学の知見をベースに、ロボットの行動を設計

Q:まずは、研究の概要についてお聞かせください。

もともと、ネズミを使った心の研究は動物心理学の中ですごく昔から行なわれているものです。大体20世紀の初頭くらいからネズミを使った研究は行なわれていました。その手法を、ロボティクスに応用して、ネズミとコミュニケーションをとるロボットの開発をとおして、人間とコミュニケーションを行うロボットに関する知識基盤をつくりだすことが目的です。

動物心理学、比較心理学の手法をロボティクスに応用して、一見すると関係がなさそうなネズミとロボットの関係から、人間とロボットの関係の将来性を考えるというような内容で、そのテーマに着手しようと始めたことがきっかけですね。

ロボットそのものは、パソコンやセンサーの進歩によってこの15年ぐらいで大きく進化したところはあると思います。しかし人間型ロボットが人間と一緒に過ごして何かをするということについては、まだ時間がかかりそうだなと感じる部分が多いです。

研究の経緯をお話すると、私は出身が早稲田大学なのですが、大学で卒業論文の研究テーマを決めるとき、当時指導教員だった高西淳夫先生に、「ネズミとロボットを使って、人間とロボットの将来の関係性について考えるような研究をやらないか」との研究テーマを提示していただいたのがきっかけでした。当時学部の4年生だった私はその壮大な話にすごく惹かれ、このテーマを選びました。

高西先生は、人間型ロボットの世界的大家の先生です。2002年頃の話ですが、その頃はちょうど、いろいろな企業や大学が人間型ロボットを開発し、社会のロボットに対する期待がすごく高まっていた時期だと思います。当時から「人間型ロボットが今後人間と一緒に生活するようになる」と考えられていましたが、それについて具体的に研究をできるようになるのはもう少し先の話だと言われていました。それを先取りするような研究を別のアプローチでできないかということで、ネズミとロボットの研究テーマがはじまったわけです。

人間とロボットが実際に一緒に過ごしたら、どんな問題が起こり、どんな変化が起こるのかを考える時に、ネズミと小型移動ロボットを実験装置の中に入れることなら当時の技術でもある程度できたのですね。

Q:小さいロボットは、簡単に作れるものなのでしょうか？

一概に簡単とは言えませんが、人間型ロボットに比べれば、ネズミ形ロボットは関節の数も少ないし、簡単といえるかもしれません。実験を行なう際の障壁については、ネズミと小型移動ロボットによる実験は、人間と人間型ロボットの実験よりもやりやすいと言えると思います。動物実験においても倫理の問題は当然あるものの研究の価値を認識してもらえれば実験を行うことが可能です。

例えば、私が行なった実験では最大で丸6~7日間、ずっとロボットとネズミを一緒に生活させるという実験を行なったことがあります。もしこれを人間でやろうと思ったら、大変な話です。倫理的なハードルや技術的なハードルなどいろいろなものがありますからね。人間だと、実験のためにロボットと24時間一緒に生活するような実験に参加してくれる被験者を見つけるのは、すごく難しいと思います。またそのような実験に堪えうるロボットもなかなかないと思います。

Q:法則として、ロボットと生活したネズミはどうなるのですか？

ネズミの行動に関してはロボットの行動をどのように設計するかで変わってきます。ネズミはロボットのことを知りませんから、先入観がない状態です。

人間なら日々の生活の中でできた、「ロボットが好きか嫌いか」というような先入観があると思います。一方、ネズミには先入観はないため、ロボットがどう振る舞うかだけによって、ネズミがロボットに対してどう応じるかが決まってくるわけです。そこで純粋に、ロボットの行動をどうデザインしたら、動物の行動がどう変わるのかという議論ができます。それが非常に面白いです。

私が研究を始めたばかりの頃に、すごくいい出会いがありました。動物心理学の専門家である木村裕先生が早稲田大学の中にいらっしゃいまして、先生のところにお伺いしていろいろお話を伺うことができました。

私は機械工学科の出身なので、心理学については全く専門知識のない状態でしたが、木村先生の授業に参加して行動心理学を勉強させていただきました。また研究について、さまざまな助言を頂く事ができました。

昨今、心の内面について考える認知心理学が注目を集めていますが、行動心理学は「中には踏み込まずに観察できる事象だけで議論する」というスタンスを取っています。この刺激を動物に与えたらこんな反応をした、といった感じです。これはロボット側の行動を設計する時に非常に役に立つなと思いました。

行動心理学で得られた知見をベースに、ロボットの行動を設計し、例えばロボットがネズミに対して何か物事を教えたいと考えた時に、行動心理学の知見を応用すると、こんなふうにロボットの行動をデザインしてあげればこうなるという仮説を導くことができます。その仮説が本当に正しいのかどうかを実験しながら検証していく。そうしたことを最初の5年で行なっていました。

研究は行動心理学の非常に基礎的な知見の応用からはじめました。「ある環境である行動をした際に報酬が得られれば、動物はまた同じ環境になった時に同じ行動を取りやすくなる」ということですし、反対に「その報酬が得られなければ、その行動はとらなくなっていく」という非常に単純な話です。

人間は自分のことを他の動物とは違うと思いたがる傾向があると思います。ですから、ネズミの話なら「それはネズミだからそんな行動をとるのだ」と思うかもしれません。しかし、行動心理学の原理・原則に立ち返ると、人間にも同じようなものが根底にあって、それを過大に解釈しているだけだと見ることもできます。当然人間ならではの認知の部分もありますが、それは人間とロボットを直接扱う研究でしか使えない問題です。私はもう少し人間ならではの認知から切り離した基礎的な行動原理の部分で、動物とロボットの関係を考えようとこの研究を進めてきました。

Q:最初の5年間で、意外な発見などはありましたか？

細かい発見はたくさんあったと思います。行動心理学で勉強したことを使って、その原理・原則に基づいてロボットの行動を設計してあげればその通りになることが確認できて、さらにその知見をうまく応用すればロボット側の行動をどうデザインしたらいいのかを予測できるのだとわかりました。

これまでの研究の中で扱ってきたロボットの行動の一つ一つは、直接人間に繋がらないものが多いです。最近そこのギャップを埋めるような研究をしていますが、始める時にこれは壮大なテーマだなと思いましたし、結構時間がかかるとも思いました。一つ一つ積み上げていくようなことをしようと思い、基礎的な部分から初めて、ボトムアップ的なアプローチを心がけてきました。

最初の5年ぐらいは行動心理学の基礎的な知見がどこまでネズミ形ロボットのコミュニケーションのデザインに応用できるかを調査し、次の5年ぐらいは少し別の方向に研究を展開し、そして最近は「ロボットとネズミの間に遊びを作り出す研究」に注力しています。

「環境エンリッチメント」という話がありますが、動物園の飼育環境を動物が自然界にいるように、遊べるような形にしておくと動物の活動量が上がり、健康状態がよくなるという話です。動物も遊ぶことがあるといわれていて、イメージしやすいものならパンダのタイヤ遊びなどもこれに当てはまります。

それをもう少しネズミとロボットのレベルで、受動的な遊具ではなく、遊ぶパートナーがいるとどうなるのか。またそのパートナーがどんな行動を選択したら遊びが成立するのかを考えようとしています。そうなってくると、また少し人間に近づくのではないかと考えています。

これまでの研究で、心理学の理論に基づいて事細かに人間がロボットの行動を設計してあげると、大体意図したとおりにネズミが行動してくれるとわかってきたので、今度は人間が複雑に作り込むのではなくロボット自身が自分でどう行動したらいいのかを学習することができないかと始めたのがこの3~4年くらいの話です。

最初の5年間の研究は、ロボット側のプログラムを全て私が書いていましたが、今は学習するようなプログラムを書いてあげて、ロボット自身がネズミとのコミュニケーションの中で行動を変えていく、学習していくようなシステムにしています。本当にネズミが喜ぶような行動を、ロボットが学習していけるかどうかを検証している段階です。これが成功すれば、今後人間と人間型ロボットの関係の中にもその枠組みが応用できるのではないかと考えています。

動物を飼ったことがない方には、イメージしにくいかもしれませんが、実はネズミにもかなり個性があります。好奇心の旺盛なネズミ、すごく神経質なネズミなど様々です。それに対してロボットが、そのネズミにとって最適な行動を学習していくことができるかできないかを検証しています。

いまはまさに途中段階ですので、結論は出ていませんが、私はできると思っており、どうすればできるのかを探っているところです。ロボットが学習する時に、ネズミ側のどんな部分を見て、今やっている行動が正しいか正しくないかを判断すればいいのかを考えている段階です。ロボットはネズミの行動を常に計測しながら動いていますが、なにを指標にしてあげたら一番学習がうまく成立するかを探っている状態です。

また、ネズミとロボットの距離は結構重要なポイントです。実はネズミ同士でも独特な間の取り方があると最近になってわかってきました。人間同士でもありますよね、パーソナルスペースのようなものです。ネズミにもこれと似たものがありそうで、それをロボットが学習の中でわかるようにしていきたいと考えています。

基本的な実験内容は、1m×1mくらいのオープンフィールドと呼ばれる箱の中にネズミとロボットを入れて、その上にある定点カメラで撮影をします。そしてもう一つ、超音波の声を録っています。

ネズミはチューチュー鳴くものだと思われていますが、ネズミ同士のコミュニケーションは我々には聞こえないような超音波で行なっていると言われています。その中でも50kHzの発声にはすごく社会的な意味があると、何年か前に先行研究でわかりました。どうもネズミは50kHzで笑っているらしいという論文が出たわけです。ネズミをくすぐると笑って悶えて、あれはまさに笑いだという話があって。我々もロボットとネズミが、一緒にインタラクションしている中で、笑うような状況を作りたいなと思いました。それも目指していますが、実際なかなか成功しないですね。

動物においてもう一つ大事な指標なのが活動性で、基本的に活発な動物ほど健康だということは、一つの見方としてできると思います。ロボットと遊ぶことによってネズミの活動性を上げるようなところは、ある程度成功しています。その中で、活動性もあがってさらに笑ってくれたら、これは遊びだと言い切れるのではないかと思っています。そこをもう少し探る必要がありそうですね。

Q:日本国内での先生の研究の立ち位置はどこになるのでしょうか。

ロボット学会では、学生のころから継続的に発表を続けています。もう一つ動物心理学会というところにも参加しています。動物心理学会の方々からは、心理学的視点からのフィードバックをもらっています。やはりロボット学会だけですと、ロボット分野の視点からのフィードバックはもらえますが、心理という視点で深めていこうと思ったら心理プロパーの学会にも参加した方が勉強になります。

日本のなかで、動物とロボットのイントラクションをしているのは今のところ私だけかもしれません。ただ、世界に目を向けると徐々に増えてきてはいます。

何年か前に、ゴキブリとゴキブリ形ロボットの研究をしたスイスのグループがあって、そこが結構世界的にも大きな注目を集めました。ネズミといい、ゴキブリといい、人がエッと言うような動物が選ばれがちですけども、行動原理からすると色々と研究のやり甲斐があります。

ゴキブリは群れで動いていて、論文によれば昆虫の中では知能が高いそうです。アリなども群れで動きますが、知能に関してはゴキブリがずば抜けているそうです。ゴキブリ形ロボットの研究では、一対一のコミュニケーションとかインタラクションではなくて、ロボット一匹と群れという括りで見ているので、私とは視点が違いますが、そういうような研究がちらほら出てきています。あとは蜂の群れの中に蜂型ロボットを入れて、蜂を誘導できるかという研究はドイツの研究者がやっていたと思います。これらの研究はこの15年ぐらいで徐々に増えてきていますね。社会的には少し注目が集まってきているのではないかと思います。

得られた知見をもとに、人間とロボットの研究に着手

Q:倫理的・技術的な課題について感じていらっしゃることはありますか？

倫理的な面では動物を扱っていますので、ルールさえ守れば問題なく研究できます。ただこの先はもう少しネズミの中に踏み込んだ話をしていきたいと思っていまして、例えば脳の中の信号を計測してみるだとか、あるいは遺伝子操作されたものを使ってみるとか、今後はそういうところにも挑戦していきたいなと思っています。

そうすると、少し倫理的なハードルが上がってくると考えています。ただ、動物の実験に関しては倫理の基準が世界的に出来上がっているので、それをちゃんと守っていけば、さほど問題ではないでしょう。

技術的な面では2つの視点があって、まずネズミの研究ではネズミの中で何が起こっているかがわかれば、もっとロボット側の行動がスマートにできます。やはりネズミが本当に喜んでいるのかどうかに関しては、我々もまだ半信半疑なところがあって、それをダイレクトに脳の信号などで見られるようになればわかるようになるというわけです。

もう一つは大きく変わってしまうのですが、ネズミとロボットでやってきた研究を、そろそろ人間とロボットに自分で応用しようということです。人間の能力を引き出すロボットシステムの開発に2年ぐらい前から取り組んでいます。ネズミとロボットのインタラクションの中で得られた学習のモデル、考え方を人間とロボットのインタラクションの画面に応用してあげることで、何かできないかなと考えています。

この研究はライフワークとして、10年、20年というスパンでやっていこうと思っています。まずは5年ぐらいで目に見えて「ロボットと人間が楽しそうにインタラクションしている」という場面を作り、そこで「こういうロボットの役立ち方がある」ということに一つの例を示したいと思っています。

Q:これだけロボットが一般化してきた今、どんな面白いことができそうでしょうか。

私はネズミとロボットが遊ぶという研究をやってきましたが、その初期からずっと「どうやって人間に応用するのか」と問われつづけてきました。

最初の頃はとにかく基礎研究が必要だと思っていたのですが、研究を進めていくうちに「ロボットと人間が遊ぶ場面で、何か役に立つことがないか」と考えるようになりました。心理学の先生たちとの交流を通じて、現在では発達障害の子供のケアをできるようなロボットを作れないかと考えています。

子供同士のコミュニケーションは特殊ですが、その中でも発達障害の子はさらに特殊な傾向があります。例えば、他者とのコミュニケーションは苦手だけれども、アニマルセラピーのような動物とのコミュニケーションの場面では生き生きとしているとか、おもちゃや道具との間に特別な関係を作ることができる、という話があります。そういうところにロボットがうまいこと入って、学習の枠組みを使い、その子のいいところを見つけてロボットがそれを引き出してあげることができないかと考えています。

発達障害の子の療育には、トレーニングをして普通の子と同じようにしようというものもありますが、そうではなくてその子ならではの良いものを、ロボットを使って見つける方式です。このような取り組みをされている先生や心理士などの専門家はたくさんおられると思いますが、子供の数と専門家の数で考えたら一人の専門家がずっと子供につきっきりになることはなかなかできないと思います。

ロボットがその間に立ってあげて、専門家の活動を支援して子供の特定の能力を見つけてあげることができたら良いと考えています。例えばボール形のロボットを作っていますが、ロボットが飛んだり跳ねたり転がったりして子供を様々な場所に誘導してあげたりだとか、常にその子のそばにいることによって、一体感を形成していくことができるかもしれません。今はまだロボットを作っている段階で、実験の段階までいっていないのでまだ分からないところは多いですが、目指す方向としてはそんなことをしたいなと考えています。

Q:研究室にはどんな学生が多いですか。

僕の研究室はまだできたばかりで、2016年の3月に准教授になってそれまでいた研究室から独立するような形になったので、今ここにきている学生は1期生か2期生です。何もないところから入ってきてくれた子たちですから、新しいことに挑戦しようという気持ちが強いのだと思い、期待しています。

既存のフィールドの中で勝負していくというよりは、フィールドを自分で作り出していくくらいの気持ちが大学で研究する人たちに求められていることだと思います。その意味も含めて、やはり好奇心旺盛な子が研究には向いているのではないでしょうか。自分の枠組みを決めずに、今の研究と関係がなくても興味があるものに飛びついていくことで新しい広がりにつながることもありますからね。

「今まで関係のなかったところに関係性を見出せる」ことはまさに研究者に求められることですし、私自身がやってきたのは行動心理学とロボットを結びつける研究でした。ただ、それをそのまま今の学生にやってもらいたいとは思っていません。学生には、自分自身で、そのような研究を切り開いてもらいたいのです。その上で20~30年、楽しんで研究をしてもらいたいと思います。

Q:研究者側から「こんな企業にきてほしい」と思うことはありますか？

大学単独では、ロボット技術を実際に社会で役立てるところまでもっていくことについて、限界があるので、そこに一緒に取り組んでくれる企業との出会いを探しています。

ただ、大学が考える進め方と企業が考える進め方は、時間的感覚や価値観などに大きな隔たりがあることも痛感しています。例えば、数年で実用化を目指すようなロボットに関する共同研究の事例はたくさんありますが、10年計画で実用化を目指すような長期的な共同研究に関する話はまだ少ないと思います。大学と企業の共同研究の中で、本当にシナジーが出せるのは、そういった長期的な共同研究だと思います。今後は、そのような共同研究が増えてくることを強く願っています。

また、ロボット技術の実用化を目指すスタートアップ企業やベンチャー企業にも注目しています。大企業では挑戦しにくいハイリスクな研究開発に挑戦する企業が誕生しつつあることは、非常に良い事だと思います。実は私も最近、学生と一緒に会社を立ち上げました。でも毎日わからないことだらけ。例えば、実用化に必要なお金をどこから調達するか、研究室での試作品を一般の人に使ってもらえる製品にしていくには何が必要なのかなど。こういう時に、大企業が資金面と人材面で応援してくれるとかそういう枠組みがあると、スタートアップみたいなものも効率的に進んで面白い世の中になっていくのではないかなと思います。

大学発でもそうでなくてもいいのですが、スタートアップが大企業と連携して、大企業のもつノウハウなどを吸収して、より早くより大きく成長できるような仕組みができてくると、日本の産業界全体が活気づいてくると思います。（了）