ロボットと携帯電話通信というと、一見意外な組み合わせにも思えますが、第5世代移動通信システム「5G」は、それ以前の3Gや4Gとは異なり、単なるデータ速度の高速化や通信範囲の拡大だけでなく、未来のロボットのニーズに本格的に応える無線通信技術として期待されています。
5Gは、国際電気通信連合（ITU）が定めた標準規格IMT-2020 を満たし、モバイルネットワークの構築方法、同時接続可能な端末数、周波数帯域幅、さらには対象となるアプリケーションに大きな変革を起こすことにより、これを実現します。
第5世代無線通信（5G）によって、有線から解放されて自由に歩き回る新世代のロボットが、クラウドの膨大なコンピューティング能力とデータリソースを利用して活躍する道が開かれます。ロボットは、ほぼリアルタイムで精密かつ動的に制御され、現場と世界各地にいる人や機械とつながるようになるでしょう。つまり、5Gによって、「未来の工場」のような、従来の通信技術やロボット技術ではとうてい不可能だったその他の多くのアプリケーションも実現するようになるのです。
ロボットが人間に置き換わる？
最近では、ロボットをめぐる議論が盛んに行われていますが、そのなかには、人工知能（AI）を搭載したロボットに世界を征服されるのではないかなど、人類の運命を憂える悲観的な意見も少なくありません。ロボット肯定派は、ロボットは人間を補助するのであって、決して人間に置き換わるのではない、人間が得意ではない仕事を行ってくれるのだと擁護します。対するロボット否定派は、製造業などの産業ではロボットが人間に置き換わり、多くの人々が職を失ってしまうだろうと訴えます。本当に人間がロボットに支配されるようになるのかその真偽はさておき、少なくとも5Gによってロボットがかつてないほど効率的に機能するようになり、より多くの用途に対応できるようになることは、ほぼ間違いありません。
自動車産業に代表される製造業の世界では、ロボットはすでにいたるところで導入されており、 その他にも、産業や医療などの分野で活用されています。5Gの技術革新により、ロボットの可能性が大幅に拡大するため、ロボットとは何かという根本的な定義そのものも拡大させる必要があるのかもしれません。つまり、自動運転車もまた、膨大な数のセンサからの指示に基づいて判断し、人間よりもはるかに正確かつ迅速にタスクを遂行してくれるロボットなのです。ジャイロコプターなどの無人機もこのジャンルに入ります。
個人用・医療用ドローンタクシーのイメージ図（画像：chesky / stock.adobe.com）
5Gとロボット技術の相乗効果を理解する上で、医療分野は、ロボットに秘められた大きな可能性がうかがえる格好の例と言えるでしょう。5Gとクラウドを利用して、病院内の物を移動させるというようなありふれた作業だけではなく、医師が遠隔操作し、手術室でロボットが執刀する遠隔手術が可能になります。この技術は、2001年、内分泌外科医ジャック・マレスコー（1948–）がニューヨークからコンソールを操作し、はるか6,200キロ離れたフランスのストラスブールにいる患者の胆嚢摘出手術に成功した、いわゆる「リンドバーグ作戦」で初めて実証されました。
2025年頃には、病院の手術室にいるロボットと人間が、地球上どこにいる外科医とでもクラウドと5Gでつながり、手術ができるようになるかもしれません。その場合、その他の医療専門家が異なる地域からリアルタイムでその手術を支援することも可能になります。
夢のような話に聞こえるかもしれませんが、これはほんの始まりにすぎません。仮想現実（VR）とクラウドを利用すれば、患者の画像スキャンを仮想3Dモデルに変換することも可能になるはずです。
この「デジタルクローン」を使って、医師は仮想化された患者の手術を遠隔操作し、実際の手術を1台または複数のロボットに行わせます。骨、組織、臓器にはそれぞれ異なる感触がありますが、医師は仮想ながらその感触を「実感」することができます。遠隔手術の実用化までには、おそらくまだ10年ほどかかると思いますが、5Gとロボット技術の成熟とともに今後も進歩してゆくことでしょう。
医師がVRで指揮し、ロボットが執刀する手術が実現するかもしれません。（画像：Gorodenkoff / stock.adobe.com）
現在の課題
今日、遠隔手術のような次世代ロボットアプリケーションを実現できるロボットとその「エコシステム」は、まだ発展途上であり、さらには、現在の4Gネットワークではとても実現できるだけの特性を備えているとは言えません。こうしたアプリケーションには、ほぼ瞬時の応答が求められるため、遅延時間という測定基準をこれまでにないレベルにまで短くすることが不可欠です。遅延時間とは基本的に、信号がある点で入力されてから別の点でエラーなしに出力されるまでにかかる時間を指します。次世代ロボット用の信頼性の高いマシンセントリックな通信にとって、低遅延は極めて重要です。
現在、4G LTEの往復遅延は50 ms程度であるのに対し、ロボットなどのアプリケーションを実現するには、5G規格では1ms未満を必須としており、これはかなり大きな技術的課題であると言えます。遅延時間をここまで短くすることは、物理学の不変の法則に関わる問題でもあり、クラウドコンピューティングやデータ速度の向上といった5Gのその他の利点は、これに比べればむしろ単純でさえあります。
これを理解するには、真空中の電磁波の速度が3 x 108m/sであることを考えてみるといいでしょう。地球の大気圏は真空ではないため、この最大速度は大気の影響でわずかに低下します。さらに、光ファイバー、地上・衛星通信回線、電子機器やインターコネクトなどの経路を信号が通過することを考慮すると、その伝搬速度は著しく低下します。結論を言えば、A点からB点までの物理的距離を短くすればするほど、遅延時間は短くなります。このように5Gは、距離を短縮することで遅延時間を1ms未満に短縮しようとしています。
5Gでは、クラウドを構成するデータセンターの数を多くの地域に展開させる必要があります。というのは、1つの場所にデータセンターがあるだけでは、他の場所までの距離が遠すぎて、遅延時間を目標レベルにまで短縮できないからです。このような展開に加えて、1Gb/sを超えるデータ速度や、現在よりも一桁高い新しい携帯電話周波数を使用することが、1〜100kmの距離を1ms未満の遅延で通信する上で必要不可欠な条件になるでしょう。
未来の工場
5Gは、未来の工場を実現する上でも重要な役割を果たします。ここでも1ms未満の遅延が不可欠とされているからです。クラウド上でほぼ無限に近い処理能力とデータストレージが利用できることによって、5G通信では、製造現場のロボットは今日よりもはるかに多くのことができるようになります。ロボットと作業員との間で膨大な情報をやりとりできるようになり、ウェアラブルなどの5G対応機器や拡張現実（AR）などの技術とともに、「製造現場」には革命が起きることでしょう。
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インテリジェント工場の自動化ロボットの管理とチェックはエンジニアが行います。（画像：Suwin / shutterstock.com） |
ロボットが移動可能になって、人間とやりとりできるようになると、製品の品質や作業員の安全性の向上とともに、生産スループットの飛躍的な向上が期待できます。この新時代の工場のどこでも低遅延を維持するには、ネットワーク内でのエッジコンピューティングに大きく依存する必要があります。エッジコンピューティングは、実際にアプリケーションが存在するネットワークの「エッジ」にインテリジェンスと機能性を持たせるもので、数十年前に分散コンピューティングで行ったものと似ています。
農業用ロボット
5GとGPSベースの位置情報によってロボットを「テザリング」から解放することにより、ロボットはこれまで不可能だった分野でも活躍できるようになります。例えば、農業の分野で、ロボットは田畑を巡りながら栽培状況を監視し、映像やセンサ情報を遠隔にあるコンピュータに送信したり、あるいは噴霧、剪定、収穫などの農作業も行うことができます。FFRobotics社が開発した果実収穫ロボットは、ロボット制御と画像処理ソフトウェアアルゴリズムとを組み合わせ、売り物になる果実とならない果実や、熟していない果物と腐っていない果実を見分けることができます。
一見、ロボットには見えませんが、このトラクターは5Gで制御されて農地を移動するロボットです。１つのコントローラから複数のトラクターが監視できます。（Scharfsinn / shutterstock.com）
ハイスループット植物表現型検査（HTPP）という技術は、遺伝情報、センサ、ロボットを駆使して、新品種の開発、作物の栄養価の向上、環境への耐性強化などに活用されています。これはロボットに搭載されたセンサでさまざまな特性を測定し、そのデータを遠隔地にいる科学者に送信して、分析することにより実現します。その他にも、種の植え付けや栽培管理を行って農作業を効率化し、現在、人間が行っているその他の作業を行うロボットも開発されています。将来的には、遠隔制御された機械による農業が普及するでしょう。
最後に、5Gは、一夜にしてロボットを変えてしまうわけではないことを忘れないでおく必要があります。それを実現できるアプリケーションや技術の多くは、いまだ開発中か、まだ構想段階です。むしろ5Gは、ロボットをはじめとするさまざまなアプリケーションを活用できる無線通信における新時代の幕開けであると捉えるべきでしょう。さらに、移動可能なロボットも技術的に成熟するにはまだ長い道のりがあります。製造・生産から、農業、救助活動、さらには広域にわたる捜索・救助活動にいたるまで、幅広い分野で多くのロボットが活躍するようになるのは、まだ当分先のことになりそうです。
5Gは、ミリ波通信システムの開発から、ソフトウェア定義ネットワークや仮想ネットワークアーキテクチャ、さらには複数のロボットが狭い空間で相互干渉せずに作業ができるような無線アクセス方式にいたるまで、ネットワークのあらゆる面で膨大なイノベーションを必要とします。その中でも高い壁となっているのが遅延時間で、これをどれだけ短縮できるのかが今後の課題になります。
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