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―

2026-10-22 東北大学

東北大学の研究チームは、人間の膝蓋腱反射に着想を得て、複雑な電子センサーや制御回路を使わず、機械的な仕組みだけで動作する筋骨格ロボット用の反射モジュールを開発した。人間は筋肉が急に伸ばされると、反射的に筋肉を収縮させて姿勢や運動を調整する。研究チームは、この筋長の変化を利用したフィードバック機構を人工筋肉に組み込み、一定以上に伸ばされると自動的に縮む動作を実現した。開発したモジュールを筋骨格ロボットに搭載し、膝蓋腱反射に相当する動作を再現するとともに、機構による制御を利用した二足歩行にも成功した。この方式では、従来必要だったセンサーによる計測や電子回路での演算の一部を機械構造そのものが担うため、制御計算の負担や消費電力を抑えられる。生物の身体に備わる反射機構をロボットの設計に取り入れる新たな手法であり、低消費電力で柔軟に動くロボットの開発や、複雑な電子制御に依存しない自律的な運動生成への応用が期待される。

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―
図1. 提案した反射モジュール。(左)筋長フィードバックの概念図。(右)反射モジュールの写真と動作原理。

<関連情報>

純粋に機械的な筋肉長フィードバックにより、筋骨格ロボットにおける身体化された反射制御が可能になる Purely Mechanical Muscle Length Feedback Enables Embodied Reflexive Control in Musculoskeletal Robots

Shunsuke Koseki, Mitsuhiro Hayashibe, Dai Owaki
Advanced Intelligent Systems  Published: 21 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/aisy.70590

Abstract

Reflexes are a fundamental principle of biological movement; however, their application in musculoskeletal robots has been limited due to reliance on complex electronic sensing and control systems. This study presents the first implementation of the muscle length feedback reflex and establishes a minimal sensorimotor unit based on mechanical intelligence. Specifically, the proposed reflex module integrates sensing, computation, and actuation within its physical architecture, enabling autonomous contraction when muscle length exceeds a threshold, entirely without electronic components. Additionally, a muscle spindle-inspired mechanism allows for adaptive modulation of this threshold. When incorporated into musculoskeletal robots, the module reproduced the patellar tendon reflex. Furthermore, by integrating this mechanical reflex with high-level phase-dependent threshold modulation control, bipedal locomotion was generated as an emergent behavior. These findings demonstrate that essential local sensorimotor control can be physically realized within mechanical systems, providing a minimal, robust, and scalable design principle for musculoskeletal robotics and advancing embodied intelligence beyond traditional control architectures.

0103機械力学・制御
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