人間のように描く、GTチームがグラフィティロボットシステムを開発

ジョージア工科大学の研究チームは、人間の動きの滑らかさを模倣できる初の落書きロボットシステムを構築した。 GTGraffitiと名付けられたこのロボットは、モーションキャプチャ技術を使用して人間の絵画動作を記録し、これらの動作を組み合わせて処理することで、ケーブル駆動型ロボットにグラフィティアート作品をスプレー塗装するようにプログラムし、人間のアーティストを模倣したグラフィティペインティングを完成させます。

このプロジェクトは、ジョージア工科大学のロボット工学博士課程の学生であるジェリー・チェン氏によって設計され、大学院生のフアン・ディエゴ・フローレス氏、インタラクティブコンピューティング学部のロボット工学教授であるフランク・デラート氏、KUKAロボティクスチェアの教授であるセス・ハッチンソン氏、および工業デザイン学部の助教授であるサンウォン・リー氏との共同作業によって完成されました。このロボットシステムに関する査読済み研究は、2022 年 6 月に開催される国際ロボット工学およびオートメーション会議の議事録に掲載される予定です。

ロボットはどうやって落書きを学ぶのでしょうか?

人間のようなスタイルで絵を描くことができるロボットの場合、デザインではロボットとアートの両方を考慮する必要があります。 GTGraffiti ロボット システムは、ペイント キャプチャ、ロボット ハードウェア、計画制御の 3 つの部分で構成されています。

まず、研究チームはモーションキャプチャ技術を使用して人間のアーティストの描画を記録し、グラフィティアートの制作に必要な動きの種類についての洞察を得ました。この研究のために、チェン氏と研究チームは2人のアーティストにバブルレターのグラフィティスタイルでアルファベット記号を描いてもらった。人間のアーティストが絵を描いているとき、キャンバス上でのアーティストの手の動きと、スプレーペイント缶自体の動きが記録されました。

（出典：GT）

ロボットが人間のアーティストと同様のレイヤー、構成、動きを使用してペイントできるようにするには、手とスプレーペイント缶の軌跡をキャプチャすることが重要です。その後、チームはデータを処理して各動作の速度、加速度、力を分析し、この情報を次の段階であるロボットの設計に使用しました。

このデータと、アート作品に必要な携帯性と精度を考慮して、研究者たちはケーブル駆動のロボットを使用することを選択しました。ケーブルと滑車システム上のケーブル駆動ロボットは、広範囲の動作範囲にわたって柔軟に移動できます。研究チームはその後、9×10フィートの鉄骨フレームにロボットを設置したが、研究者らによると、ロボットシステムは建物の側面など、ほぼあらゆるサイズの平らな構造物に直接設置することもできるという。

3番目のステップでは、研究者たちはアーティストの作品を電気信号に変換し、ロボットが描けるテキストを生成した。その後、研究者たちは数式を使ってロボットが進むべき軌道を生成した。これらのアルゴリズムによって生成されたパスにより、ロボットが正しい速度、位置、方向、視野角でペイントできるようになります。最後に、これらのパスは実行される動作命令に変換されます。

機械システムのモーターの絡まりなどの問題に対処するため、ロボットの中央コントローラーは、ロボットが安全かつ確実に動作できるように、モーター コマンドを 1 秒間に 1,000 回再計算するようにプログラムされています。組み立てられると、ロボットは人間のグラフィティアーティストのようなスタイルでアート作品を描くことができる。

（出典：GT）

テストセッションでは、人間のアーティストが「ATL」という文字を選択し、それを使ってグラフィティアート作品を制作しました。

なぜ芸術なのか？なぜグラフィティなのか？

ロボット工学の応用分野として最も代表的なのは、製造、バイオメディカル、自動車、農業、軍事などです。しかし、芸術はロボット工学を特に強力な方法で紹介できることが判明しました。

「芸術、特に絵画やダンスは、人間が行える最も複雑で繊細な動きを体現しています。ですから、人間が行うような高度な技術を行えるロボットを作りたいのであれば、ダンスや絵画ができるロボットを作るのは良い目標です。これらはロボットの並外れた能力を示す種類のスキルであり、他のさまざまな用途にも応用できます」とチェン氏は語った。

チェン氏の個人的な考えは、ロボットが映画でよく描かれているように、仕事の代わりや恐怖、悲しみ、破滅感を引き起こす存在としてではなく、人類に役立つ存在として人々に認識してもらうことだ。

「グラフィティは本来、一般の人々に見ていただくための芸術です。その意味で、人間と一緒に働くロボットが社会に良い貢献ができるという思いを、グラフィティを通じて伝えられたらと思っています。」

現在、チェン氏とチームのロボット計画は、芸術作品の保存と増幅という2つの主な側面を中心に展開している。この目的のために、彼らは現在、事前に記録された形状をさまざまなスケールで再現する実験と、ロボットがより大きな表面をマッピングする能力をテストしています。

これらの機能により、ロボットはさまざまな地理的場所でオリジナル作品の拡大版を描くことができ、現場でスプレー塗装を行うことができないアーティストを支援できるようになります。理論的には、アーティストが世界のある場所で芸術作品を描き、GTGraffiti ロボットが世界の別の場所でその芸術作品を実現できることになります。

将来的には、チェン氏はGTGraffitiを使って、野外でグラフィティを描くアーティストを撮影したいと考えています。 GTGraffiti はキャプチャされたモーション データを使用することで、塗りつぶされたり破壊されたりする心配をせずにアートワークを複製できるようになります。

「ロボット自体が芸術作品を創作しているのではなく、むしろ人間のアーティストと協力して、ロボットなしでは実現できなかったことを達成できるようにしているのです」とチェン氏は語った。

チェン氏は、ロボットシステムが最終的にはアーティストがロボットとリアルタイムで対話できる機能を備えるようになると予想している。例えば、彼は、建物の足元に立つアーティストが狭いスペースにスプレーで落書きをし、同時にケーブル駆動のロボットが建物の側面に巨大な筆致で絵を描くことができるような技術を開発したいと考えています。

「私たちの研究が、アーティストが直接描くものよりも強力にメッセージを伝える超人的なロボットによる芸術作品の制作に役立つことを願っています」とチェン氏は語った。

参考文献:

https://research.gatech.edu/introducing-gtgraffiti-robot-paints-human

https://dx.doi.org/10.48550/arXiv.2109.06238