Nvidiaは3月18日、開発者会議「GTC 2024」でヒューマノイドロボットの開発プロジェクト「GR00T」を公開した。ヒューマノイドロボットに生成AIを統合し、人間のようなインテリジェンスを持ち、汎用的に稼働するモデルを創り出す。ヒューマノイドロボットのファウンデーションモデルとなり、ロボット開発におけるコア技術を提供する。開発企業はこのプラットフォームを使って独自のヒューマノイドロボットを生成する。

出典: Nvidia

ヒューマノイドロボットの開発

ヒューマノイドロボット(Humanoid Robot)は、人間の形状を模したロボットで「人型ロボット」と呼ばれる。開発者会議の基調講演で、CEOのJansen Huangは、ヒューマノイドロボットの最新技術について解説した(下の写真)。基調講演はビデオでストリーミングされた。Nvidiaがこのモデルに着目する理由は、社会インフラは人間に合わせて造られており、人型ロボットはここで環境を変更することなく、そのまま活躍できるためである。また、生成AIを搭載することにより、ロボットの学習能力が格段に向上し、人間のように汎用的に動けるモデルを生み出すことがゴールとなる。

出典: Nvidia

ロボット開発状況

プロジェクトは「Generalist Robot 00 Technology (RT00T)」と呼ばれ、汎用的に稼働するヒューマノイドロボットを研究開発する。ロボットは汎用基礎モデル(General-Purpose Foundation Model)となり、シミュレーション環境と実社会で学習し、短時間でスキルを習得する。ChatGPTなどが言語に関する基礎モデルであるのに対し、GR00Tは人型ロボットに関する基礎モデルとなる。研究所では多種類のモデルが開発されている(下の写真)。

出典: Nvidia

ロボットを教育する手法

ロボット開発ではシミュレーション環境「Issac Sim」にヒューマノイドのデジタルツインが生成され、この仮想空間でスキルを習得した。ロボットは仮想社会で階段やでこぼこ道で歩行訓練を行い、スキルを学習した(下の写真)。更に、ロボットは開発環境「Isaac Lab」でアルゴリズム教育が実施された。Isaac Labは高度なAIを搭載するロボットの開発環境で、特に強化学習(Reinforcement Learning)のアルゴリズムを教育する環境となる。この他に、模倣学習(Imitation Learning)や転移学習(Transfer Learning)などの手法でロボットはスキルを獲得した。

出典: Nvidia

模倣学習のケース

実際に、ロボットは人間の動作を見てそれを真似る、模倣学習の手法で成果を上げている。人間が動作の手本を示し、ロボットはそれを見て真似ることでスキルを学習する。ロボットが人間のドラマーのプレーを見て、ドラムを演奏するヒューマノイドが紹介された。これはヒューマノイドロボット「Sanctuary AI」の事例で、人間向けに造られた楽器をロボットが演奏した。

出典: Nvidia

ヒューマノイドロボット開発企業

Nvidiaは自社でヒューマノイドロボットを開発するのではなく、その開発環境を提供し、パートナー企業がこの基盤で製品を開発する。基調講演では開発中のヒューマノイドロボットが表示され、エコシステムの広さをアピールした。(下の写真、現在開発中のヒューマノイドロボット、左から、Figure AI、Unitree Robotics、Apptronik、Agility Robotics、(Jensen Huang)、Sanctuary AI、1X Technologies、Fourier Intelligence、Boston Dynamics、XPENG Robotics)。

出典:Nvidia

ロボットと生成AIとの融合

ヒューマノイドロボットがホットな研究テーマになっている。OpenAIはFigure AIに出資し、共同でヒューマノイドロボットの開発を進めている。ロボットに大規模言語モデルを組み込み、人間のようなインテリジェンスを得る。Agility Roboticsの「Digit」は、配送センターで人間の作業員に代わり荷物を搬送する (下の写真、Digitがオーブンからトレイを取り出している様子)。一方、Teslaのヒューマノイドロボット「Optimus」はステージに登場せず、独自方式でモデルを開発している。ヒューマノイドロボットが生成AIと融合し、インテリジェンスが劇的に進化すると期待されている。

出典:Nvidia

TeslaはAI技術を発表するイベント「Tesla AI Day 2022」を開催し、ロボットの開発状況を明らかにした。このロボットは「Optimus」と呼ばれ、昨年のイベントではそのプロトタイプが公開された。今年は、その開発プラットフォームが登場し、ステージの上をゆっくりと歩くデモが実施された(下の写真)。Elon Muskはロボットを大量生産する計画で、価格はクルマより安く、2万ドルになるとの予測を示した。更に、経済生産性の観点からは、ロボットはクルマより重要で、Teslaはロボット会社に転身することを暗示した。

出典: Tesla

Optimusとは

Teslaが開発しているロボット「Optimus」は、人間の骨格を模したヒューマノイドで、二足歩行し、両手でものを持つことができる。人間は自然界で進化し、骨格や関節や筋肉などが最適化され、効率的に動くことができる。Optimusは最適化された人間の物理構造を参考に設計された。ロボットは配送センターで荷物を運び、また、製造工場では部品の組み立てなどに使われる。(下の写真、Optimusが両手で荷物を持ち、それを運んでいるシーン。)

出典: Tesla

ロボットの構造

ロボット(下の写真中央)は、人間の筋肉に相当するアクチュエータ(赤色の部分)と、神経系に相当する電気系統(水色の部分)から構成される。28のアクチュエータを搭載し、人間の動きを再現する。電気系統ではバッテリーを搭載し、また、ロボットの頭脳としてTeslaが設計した半導体(SoC)を実装する。通信技術としてはWi-FiとLTEを採用するとしている。

出典: Tesla

視覚とナビゲーション

ロボットはカメラを搭載しており、周囲を撮影しオブジェクトを把握する。ロボットがプランターの植物に水をあげる時には(下の写真左側)、植物の位置を認識し(右側)、じょうろを的確に動かす。また、屋内を移動するときには、カメラで家具などのランドマークを認識し、安全なルートを算出する。ここには、Teslaの自動運転技術が使われているとしているが、技術詳細は公開されなかった。

出典: Tesla

アクチュエータ

Teslaは人間のように効率的に動けるヒューマノイドを目指していて、このためにアクチュエータの最適なデザインを模索している。アクチュエータは人間の筋肉に相当し、その動きは速度とトルクの関係で定義される。センサーでそれらを計測し、一番効率的に動かすための関係を検証した。その結果、アクチュエータの種類を６とし、解析結果をもとに最適なデザインを開発した。(下の写真、６つのアクチュエータは色分けして示されている。グラフはそれぞれのアクチュエータの速度とトルクの関係。)

出典: Tesla

開発過程

昨年のイベントではOptimusのプロトタイプ(下の写真左側)が紹介され、今年はその開発プラットフォーム(中央)を中心に、開発状況が示された。更に、最新版のOptimus(右側)がステージに登場したが、実際に歩行することはできなかった。

出典: Tesla

最新版のOptimus

ライブデモの代わりに、Teslaは最新版Optimusが研究室で歩行訓練をしている様子を公開した。2022年4月に、最初の一歩を踏み出し、技術開発を進め、腕を振り、つま先をあげることができるようになったが、まだ歩くことはできない。最新版Optimusは、アクチュエータやバッテリーなど必要なハードウェアを搭載しており、現在、ソフトウェアを中心に技術開発を進めている。

出典: Tesla

ロボットを開発する理由

イベントでMuskは、Optimus(下の写真)は経済生産性を二けた向上することができると、繰り返し述べた。ロボットが人間に代わり、荷物を運び、部品を組み立てることで、経済生産性が大きく向上する。ビジネスの観点からは、クルマよりロボットのほうが、将来性があると述べ、Teslaはロボット企業に転身することを示唆した。

出典: Elon Musk

Muskの発言の解釈

Muskの発言が業界に衝撃を与えているが、同時に、これをそのまま受け止めるのではなく、割り引いて解釈すべきとの意見も少なくない。Muskは壮大な構想を打ち出し、社会の注目を集めるが、これが不発に終わるケースは少なくない。また、Optimusは優秀なエンジニアを雇い入れるためのPRだという解釈もある。Muskの発言は、厳密なロードマップとは異なり、柔らかい構想を示したもので、これをどこまで実現できるのか、ウォッチしていく必要がある。

自動運転ロボット「Nuro」がシリコンバレーで営業運転を開始した。Nuroはトヨタ・プリウスをベースとした自動運転車で、注文した商品を玄関先まで配送する。今はセーフティドライバーが搭乗しているが、将来は、無人車両が商品を配送する。コロナの感染拡大で、Eコマースによる宅配事業が急拡大しており、自動運転ロボットへの期待が高まっている。

出典: Nuro

セブンイレブンと提携

Nuroはコンビニ「セブンイレブン」と提携し、カリフォルニア州マウンテンビュー市で宅配サービスを開始した。オンラインで購入した商品を、トヨタ・プリウスをベースとした自動運転ロボットが、消費者宅まで配送する(上の写真)。Nuroはドライバーの介在なく自動で走行する。Nuroは、専用車両「R2」を開発しており(上の写真左端の車両)、次のステップは、ロボットが無人で商品を宅配する。

実際に使ってみると

早速、Nuroによる配送を試してみたが、全てのプロセスがスムーズに動いた。セブンイレブンで商品を購入するために、専用アプリ「７NOW」を使った(下の写真)。ショッピング画面(左側)で宅配を選択し、希望する商品を購入した(中央)。支払い処理が終わると、店舗側で商品をNuroに積み込む作業が始まる。その後、Nuroがセブンイレブンを出発し、目的地に向かった。Nuroの位置はマップに表示され、運行状態を確認できた(右側)。

出典: VentureClef

Nuroが無事に到着

Nuroは、自宅前に停止し(下の写真)、配送スタッフが購入した商品を玄関先まで届けてくれた。Nuroには、セーフティドライバーが搭乗しており、クルマを安全に運行する。スタッフに話を聞いてみると、Nuroは殆どの区間を自動で走行するが、時々、セーフティドライバーがステアリングを操作するとのこと。(実際、Nuroは玄関前を通り越し、隣の家で停車したため、セーフティドライバーがマニュアル操作で、Uターンして自宅前にクルマを移動した。)

出典: VentureClef

カリフォルニア州の認可

Nuroは、営業運転を開始するにあたり、カリフォルニア州の陸運局 (Department of Motor Vehicles)から、公道を無人走行するための認可を受けた。走行できる地域が指定されており、Nuroはサンタクララ群とサンマテオ群で営業運転を展開できる。また、走行できる道路も規定され、定められたルートを安全に走行する。事実、営業運転は、サンタクララ群のマウンテンビュー市で開始された。(下の写真、試験走行中のNuro)

出典: VentureClef

次のステップ

Nuroは自動運転ロボット「R2」を開発している(下の写真)。R2はレベル５の自動運転車で、ロボットが無人で、商品を消費者宅に配送する。消費者は、ウェブサイトで商品を購入すると、R2がこれを配送する。R2は玄関先に停車し、消費者は貨物ベイのハッチを開けて商品を取り出す仕組みとなる。現在は、食料品の配送が中心であるが、将来は、医薬品の配送も計画されている。

出典: Nuro

ロボット宅配需要が高騰

新型コロナの変異株「Omicron」の感染が広がり、パンデミックの終息が見通せなくなり、宅配サービスの需要が急騰している。レストランの出前サービスの他に、食料品の配送ビジネスが拡大している。小売店舗側はNuroと提携し、ロボットによる宅配サービスを進めている。セブンイレブンの他に、スーパーマーケット「Kroger」やドラッグストア「CVS」がNuroによる宅配サービスを展開している。これらの需要に応えるため、Nuroは技術開発を加速している。