膝をたたくと、ロボットの脚が跳ね上がった。電子回路を使わず「伸びたら縮む」反射を空気の人工筋肉2本で作り、二足歩行までさせた
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病院で膝の皿のすぐ下を小さなハンマーでたたかれると、意識していないのに脚がぽんと跳ね上がります。膝蓋腱（しつがいけん）反射と呼ばれる動きです。たたかれた腱が太ももの前の筋肉を一瞬引き伸ばし、その伸びを筋肉の中のセンサーが感じ取って、脳を通らずに脊髄から「縮め」の合図が返ってきます。
東北大学大学院工学研究科の古関駿介さん（日本学術振興会特別研究員）、林部充宏教授、大脇大准教授のチームは、この反射を電子センサーも電子回路も使わずにロボットで再現しました。空気で縮む人工筋肉を2本組み合わせただけのモジュールで、膝をたたくとロボットの脚が跳ね上がり、さらに二足で歩くところまで進めています。論文は2026年10月に Advanced Intelligent Systems に掲載されました。
「伸びたら縮む」は、歩く仕組みの土台
反射は膝をたたいたときだけのものではありません。歩く、立ったまま姿勢を保つといった毎日の動きも、反射に支えられています。
コンピューターの中で人の体を骨と筋肉ごと動かす筋骨格シミュレーションの研究では、「筋肉が一定以上に引き伸ばされたら縮む」という単純な反射（筋長フィードバック）を筋肉ごとに持たせるだけで、人らしい歩き方が生まれることが知られています。脳にあたる部分が筋肉一本一本に細かく指令を出さなくても、それぞれの筋肉がその場で伸びに応えることで、歩行が組み上がっていきます。
この仕組みを本物のロボットでも使えないか、という発想は自然に出てきます。人の骨格と筋肉をまねて、人工筋肉で関節を動かす「筋骨格ロボット」なら、なおさらです。
人工筋肉の長さを測るのが難しかった
ところが、ここに壁がありました。筋骨格ロボットによく使われるのはマッキベン型人工筋肉です。ゴムの管を編み目の覆いで包んだもので、空気を送り込むとふくらみながら縮みます。軽くて力が強い一方、いまどれだけ伸びているかを測るには、複雑な電子センサーを作って組み込む必要がありました。
長さが測れなければ、「伸びたら縮む」は作れません。センサーを作る難しさと組み込む難しさが重なって、筋長フィードバックはシミュレーションの中の話にとどまり、実際のロボットの制御に役立つのかは確かめられていませんでした。論文は、この反射を実物で作ったのは今回が初めてだとしています。
2本の筋肉の片方を「伸びを感じる係」にする
チームは発想を変え、長さを測る役目を電子部品ではなく機構そのものに持たせました。ここでいう機構は、電気を使わずに部品の組み合わせだけで動きを生む仕組みのことです。水洗トイレのタンクが、浮き玉の上下だけで給水を止めるのと同じ種類のものです。
お手本にしたのは人の筋肉です。筋肉の中には、力を出す筋線維と並んで、筋紡錘（きんぼうすい）という細長い感覚器があります。筋紡錘は筋肉と一緒に引き伸ばされ、どれだけ伸びたかを感じ取ります。膝蓋腱反射で伸びを感じているのも、この筋紡錘です。
反射モジュールでは、人工筋肉を2本並べました。1本は力を出す筋線維の役、もう1本は一緒に引き伸ばされて長さを感じ取る筋紡錘の役です。筋肉が一定の長さを超えて伸ばされると、モジュールは電子回路を通さずに自分で縮みます。
このモジュールには、もうひとつ仕掛けがあります。筋紡錘の役の筋肉に送る空気の圧力を変えると、反射が起きる長さ（しきい値）を動かせます。空気の入れ方しだいで、反射そのものを入れたり切ったりもできます。人の体でも、筋紡錘の感じ方は神経から調整されていて、同じ伸びでも反射の起きやすさが場面によって変わります。モジュールはその性質も機構で持たせた形です。
膝をたたくと、ロボットの脚が跳ね上がった
モジュールを組み込んだ脚のロボットで、人と同じように膝の皿の下をたたくと、脚が跳ね上がりました。膝蓋腱反射が、センサーの信号を読むプログラムなしで再現されたことになります。
下の画像は想像図です。実際のロボットの写真と動きは、東北大学の発表資料と、チームが公開している動画で見られます（リンクは記事の最後）。
歩くときの制御は、反射のスイッチを切り替えるだけ
この研究でいちばん目を引くのは、その先の二足歩行です。チームは片脚に4つずつ反射モジュールを載せた二足の筋骨格ロボットを作り、トレッドミルの上で歩かせることに成功しました。
歩かせるために上から加えた制御は、とても簡単なものでした。足裏のセンサーの情報に合わせて、筋紡錘の役の筋肉の空気をオンにするかオフにするか。それだけです。脚のどの筋肉を、いつ、どれだけ縮めるかという指令は出していません。
足が地面に着いているか離れているかで、各筋肉の「伸びたら縮む」が働くかどうか、どこで働くかが切り替わります。あとは脚が動いて筋肉が引き伸ばされるたびに、それぞれのモジュールがその場で縮みます。論文の要旨は、歩行が組み合わせの結果として「創発」した、つまり誰も歩き方そのものを書き込んでいないのに出てきた、と表現しています。シミュレーションで知られていた「単純な反射を重ねると歩ける」という考えが、実物のロボットでも成り立つことを示したことになります。
ただし、このロボットが電子部品を一切持たずに歩いたわけではありません。足裏のセンサーと空気の切り替えは上の制御が受け持っていて、電子回路が要らなくなったのは筋肉ごとの反射の部分です。チームも、今後は必要最小限の電子制御を機械式の反射と組み合わせ、もっと多くの筋肉を持つロボットに広げていくとしています。歩く速さや安定性が、電子センサーで制御する従来の筋骨格ロボットと比べてどうなのかは、この発表からは分かりません。
測ることと計算することを、体の側に任せる
人工筋肉の長さを電子センサーで測り、コンピューターで計算して、また空気を送る。これを筋肉の数だけ繰り返すのが、これまでの筋骨格ロボットの考え方でした。筋肉が増えるほど、センサーの配線も計算の量も、使う電力も増えていきます。
今回のモジュールは、その「測る」と「計算する」を、人工筋肉の組み合わせという形そのものに持たせました。チームは、計算の負担や消費電力の少ないロボットを作るための設計の指針になるとしています。膝をたたいて脚が跳ね上がるという、だれもが一度は経験した小さな反応から、ロボットの体の作り方をひとつ見直した研究です。
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画像について
この記事の画像は AI（ChatGPT）で作った想像図で、ご自由にお使いいただけます。お使いになるときは、出典としてこの記事へのリンクを載せていただけるとうれしいです。
出典
- Koseki, S., Hayashibe, M., Owaki, D. "Purely Mechanical Muscle Length Feedback Enables Embodied Reflexive Control in Musculoskeletal Robots." Advanced Intelligent Systems (2026). DOI: 10.1002/aisy.70590（オープンアクセス）
- 東北大学「複雑な電子回路を排し「伸びたら縮む」筋骨格ロボット用反射モジュールを開発 ―膝蓋腱反射の再現と機構で実現する二足歩行に成功―」（2026年10月22日）
- 研究チームの動画「Purely Mechanical Muscle Length Feedback Enables Embodied Reflexive Control in Musculoskeletal Robot」（YouTube）
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