CARA - ロープなのに超高精度！驚きのロボット犬が登場
引用元：https://news.ycombinator.com/item?id=44661846
Aaedさんのキャプスタンドライブの動画、何度も見ちゃったよ。すごい内容だね。高速で高トルク、追従性もあって、バックラッシュがほとんどないんだ。本物のエンジニアの仕事ぶりを見るのは本当に魅力的だよ。
最近この動画を見つけたんだ。作りたいアイデアが湧いてくるけど、時間がないのが悩みだね。
YouTubeのアルゴリズムについては色々考えるよ。人気動画を多く見せるのは成功してるけど、本当に最高の動画を見せてくれてるのかな？たまに何年も前の素晴らしいチャンネルを見つけると、まだ知らない良いコンテンツがたくさんあるって思うよ。これは運なのかな、それともアルゴリズムが何か特別な理由で推してるのかな？
バックラッシュがないってどういうこと？ロープ駆動でバックラッシュがないなんて想像できないな。
素材が改良されたんだよ。KevlarやDyneemaが使われてる。Dyneemaは同じ重さだと鉄の約15倍も強いんだ。Kevlarの歯付きベルトは昔からあって、このキャプスタンと同じような用途で使えるよ。どちらの素材も弾性がほとんどないんだ。ギアと違って、過負荷がかかってもより多くの材料に分散されるから、歯が折れることがないんだ。これは脚の着地時の衝撃にすごく良いね。参照: https://www.impact-fibers.com/info/unveiling-the-strength-ke…
昔はキャプスタンを使ってフィルム（映画）をスキャン装置で動かしてたんだ。高速で精密だしバックラッシュもなかったね。素晴らしい技術だよ。高トルクが課題で、もっと使われてないと思ってたんだけど、そうでもないのかな？
アルゴリズムについてなんだけど、彼（Aaed）はかなりシンプルなアルゴリズムを使ってると思うよ。彼がサイクロイドに従うようにゲートメカニズムについて話してたのを覚えてるな。他にも最適化の機会はたくさんあるだろうけど、彼は物理工学側に集中してるんだね。強化学習をやってる人と彼が協力するのを見てみたいよ。
YouTubeにはこんなに素晴らしい作品を作る“小さな”クリエイターがたくさんいるのに、アルゴリズムのせいで見つけにくいのは残念だね。検索機能も視聴回数を重視しすぎてる気がするよ。タイトルを90%正確に入力しても見つからないことがあるなんて、本当にイライラするね…
Dyneemaの重要な特徴は、他の有機繊維と比べてヤング率が非常に高いことだね。鉄の半分くらいだよ。それが“弾性がない”って意味なんだろうね。重さを気にしないならスチールケーブルでも同じように機能するけど、Dyneemaは摩耗に強いと思う。でも、動摩擦で大きな熱が発生するとすぐにダメになっちゃうんだ。Kevlarはもっと耐熱性があるし、もちろんスチールはKevlarより耐熱性があるよ。
彼は僕のお気に入りのクリエイターの一人だよ。もちろん、もっと優れたエンジニアや専門家、面白い人もYouTubeにはいるけど、彼はすごく良いバランスなんだ。他に楽しんでる技術系、科学系、工業デザイン系のYouTuberのリストを作ろうと思ったんだけど、購読してるチャンネルが多すぎてびっくりしたよ…もし興味があれば、教えるから言ってね。とりあえず、今は整理しないと。
僕のフィードには、再生回数33回みたいなとんでもなくニッチなロボット動画が流れてくるけど、ほとんどは数千回くらい再生されてるよ。アルゴリズムは君を抑えつけてないよ。
Dyneemaってすごいぞ。帆船でロープからスチールケーブルの代わりにも使われてて、まさにゲームチェンジャーだ。Spectraも同じくらいすごい特性を持ってる別のブランドだよ。
YouTubeのアルゴリズムが多くのHNユーザーに同じ動画をほぼ同時に勧めてるって話だろ。俺も数日前に同じ動画を勧められたし。
俺の投稿はCARAのゲーティングアルゴリズムとYouTubeの検索アルゴリズムの二つについて話してたんだ。でもお前は発見アルゴリズムについて言ってるな。それはどちらでもない。発見アルゴリズムは難しいけど、自己責任の問題もあるよ。YouTubeの検索は5件目くらいから関係ない動画出すし、スペルミスでも人気動画を優先するって問題があるな。Google検索も同じだ。
こいつは最初、スチールケーブルをプロトタイプに使ってたけど、直径が大きくなるほどローリング疲労が悪化する問題があったんだ。小さいケーブルじゃ足りない場合、ギアの寸法や比率を変えないといけなくなるんだよな。
最近、YouTubeが登録者数1000人以下のちっちゃいチャンネルを勧めてくるようになったんだけど、これって良いことなのかね？
最初の返信で「そのアルゴリズムについて考えさせられるな」って引用したのは、YouTubeアルゴリズムのことだったんだぜ。
SpectraとDyneemaはどっちもUHMWPEだよ。HoneywellとDSMのブランド名で、化学的にも機械的にも同じなんだ。製造プロセスでちょっとした違いはあるかもしれないけどね。
ロボット犬の動画は見てないけど、キャプスタン駆動の最初の解説動画は最高だったぜ。この一年間ずっと夢見てたんだ。ちょうど同じ頃、別の奴がケーブルで精密な動きを生み出すda Vinciロボットのアクチュエーターに取り組んでたんだよな。
0. High Precision Speed Reducer Using Rope: https://www.youtube.com/watch?v=MwIBTbumd1Q
1. Building a DIY Surgical Robot: https://www.youtube.com/watch?v=d_8rHKrwr-Q
スチールケーブルって頻繁に曲げると内部に油を塗らないとダメなんだよ。これ、何十年もジムの運動器具でケーブルが壊れる主要な原因だったらしいぜ。最近の運動器具は合成の平たいストラップを滑車に使ってる傾向があるな。
YouTubeのおすすめ機能、昔より進化してる？AIとかLLMのおかげで、質のいい動画なら小さいチャンネルももっと表示されるべきだよね。
興味に合うコンテンツなら、AIがうまく見つけてくれるといいんだけど。
ヨットの話が出てたの面白いね。オレがDyneemaを初めて知ったのは、Spearfishingの時だったよ！
それってLLMからの答えっぽいね、実際の経験じゃないだろ。実世界のテストをちゃんと読めば、似てるけど“全く同じ”じゃないってわかるよ。
あの「DIY Surgical Robot」の動画、めっちゃ良いよね。1年以上も前に投稿されてるのに、その後の続報がないのがマジで残念だわ。
Aaedは去年の夏、うちのインターンだったんだけど、マジで天才だったよ。彼と一緒にロボットのエンドエフェクタ作ったんだけど、デザインのセンスがやばいし、メカトロニクスのスキルをスポンジみたいに吸収してたんだ。
CARAのモーター設計のためによく遅くまで研究室に残ってたし、Backlashテストも楽しかったな。起業目指してるなら、彼に連絡してみるといいよ！
興味あるなー。こういうビルダーチャンネル、マジで好き。
いい面も悪い面もあるよね。ニッチな小さいチャンネルをおすすめしてくれるのは良いんだけど、おすすめがしつこすぎるのは嫌だね。
何か検索すると、何日もニュースフィードがその話題ばっかりになっちゃうんだ。だから、アルゴリズムを“汚染”しないように、別のプロフィール使うこともあるよ。
Sandiaの論文でも、スチールケーブルにはもっと大きいプーリーの半径が必要だって言ってたよ。
Dyneemaはもっと扱いやすいんだよね。こういうのには弓の弦の素材がかなり良いと思ってる。他の繊維も混ざってるからDyneemaそのものより少し弾性があるけど、クロスボウ用の糸ならそれが最小限になるよ。普通ワックス加工されてるから、扱う時に少し摩擦があるし、手に入れやすいんだ。
これはぜんぜん伸びないロープ素材だよ。かなりの力を加えれば、設定位置から少しは曲げられるだろうけど、力を除けば元に戻るはず。ギアのバックラッシュみたいに、隣り合った歯の間をほんの少しの力で動かせちゃうのとは全然違うね。
彼がロボット工学でやったこと、そしてそれを視聴者に見せるプレゼンは本当にすごいよ。最近のインターネットの映像のクオリティにはただただ驚かされるね。僕ら個人の工房で使えるようになったツールの可能性は、まだまだ発見され続けてる途中だし、これからもそうだろうね。
DIYエンジニアリングの黄金時代って感じがするね！
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1000%同意だよ！だから「インターネットはもうダメだ」っていう動きはすごくがっかりするんだ。こんなに大きなネットワークには、とてつもない良い面がいっぱいあるんだから。
DIYと“The Internet”（ウェブ？）って、学習リソースがある以外はほとんど重ならないんじゃない？学習リソースも、もっと健全なウェブなら、今よりずっと良く、もっとたくさんあったかもしれないし。この二つを対比させるのはあんまり意味ないと思うな。
プロジェクトに携わった者として、書かれたドキュメント（メモすらも！）ましてやビデオ形式なんて、作業そのものより時間がかかるんだよね。長いプロジェクトや継続にはめちゃくちゃ役立つけど、本当に面倒くさい！世の中の技術系YouTuberさんたち、マジで尊敬するよ。
これ先週見たけど、マジで口が開きっぱなしだったよ！彼は素晴らしい技術者だし、それを面白く見せる個性も持ってる。テスト戦略についても、その方法論や思考プロセスが理解できるくらい説明してくれたけど、全部見せるような面倒なことはしなかった。最高だね！
最高のプレゼンテーション！—誰かこの子をすぐに雇ってくれ！
https://www.aaedmusa.com/
12歳の息子には、学校を卒業したら自分のウェブサイトにこんなこと書けって言うつもりだよ：「CARA (Capstans Are Really Awesome) は僕の最新の四足歩行ロボットで、ZEUS、ARES、TOPSに続くものなんだ。一年かけて作ったCARAは、これまでで一番ダイナミックでよく設計された四足歩行ロボットだよ。」
彼の才能、モチベーション、やり遂げる力からすると、これはひどいキャリアパスだよ。彼に資金提供してスタートアップを立ち上げさせる方がずっといいって。
なんでものづくりに才能ある人をスタートアップの経営者にするんだ？弁護士やら日々の業務、成長戦略に足を取られちゃうよ。彼を雇って、ロボット会社のR&Dに入れればいいじゃん。
賢くて熱心、好奇心旺盛で自律的な人は、いろんなことに秀でてるんだよ。俺は長年教授をやってたけど、トップの研究者はトップの教師や管理者でもあったってのが観察結果さ。もちろん例外はあるけど、賢く注意力を使えるなら、そのスキルは多岐にわたるんだ。大学の役割分担決める時はホント困るんだよな、何でもこなすから全部やらせたくなる。
そうだけど、ロボット業界って製品の出荷率がめちゃくちゃ低いことで有名じゃん。どっちの沼を選ぶか、ってことかな？
中には軍事目的の会社もあるしね。
…なんだこれ？大学でエンジニアリングを勉強するだけでなく、彼の“副業”はクリエイティブで共感的、コミュニケーションも抜群なのに、一番のおすすめが裏方に隠れてる専門家として「雇う」ことなの？君、どこのネット掲示板にいるんだよ？
追記：最後の質問は完全にエコーチェンバー発言だけど、彼がビジネスを立ち上げたら、多少の”めんどくさいこと”には対処する羽目になる、って事実は変わらない。それはみんなが背負う重荷だよ。でも彼は文明を前進させる能力が十分あるからね…。
うーん、いやだな。彼にはものづくりをさせて、税金や給与計算、営業とかは他の誰かに任せるべきだよ。
彼はプロジェクトやYouTubeをやってるのが一番幸せかもしれないよ。
その方がもっと稼げる可能性もあるしね！
多くの人にとって、そうじゃないよ。たくさんのスポンサー案件を引き受ければ、結構な収入になるんだ（特にX投稿をYソーシャルメディアアカウントでZ期間やるって契約なら、生活の大部分がスポンサーで賄われるようなもの）。でも、多くのテック/エンジニアリング系チャンネルだと、FAANGとかで働くのと同じ給料を稼ぐのはすごく難しいだろうね。（俺はW-2の時と比べて半分くらいだけど、それでも十分だよ）。
好きなプロジェクトをやるか、会社員の辛い日々を送るか。好きなことやる方が、お金以外の報酬がかなりデカいんだよ。
まさにそれ！特にストレスは持病持ちにはヤバいんだよね。W-2（会社員）から離れられて嬉しいけど、フリーランスだとマーケットプレイスの医療保険に頼るしかなくて、めちゃ高くて保障もイマイチだし、生命保険とか障害保険も入りにくいのが不安なんだ。
トップYouTubeプロデューサーもストレスだらけだよ。フォロワー数の変動に一喜一憂したり、失礼なコメントに返信したり、スポンサーの対応とか…大変なんだ。
給料減らしてまで今の活動をしてくれてありがとう！チャンネルがあること、本当に嬉しいよ。あと、ちゃんと休みも取ってね！（展示会はノーカンだからね！）
もしソフトウェア業界にいないなら、社員として稼ぐ給料は”FAANG”って言ってるのよりずっと低いと思うけどな。
彼の今のPatreonには有料会員が57人いるね。もし他に収益源がないなら、もっと有料会員が必要なんじゃないかな。
彼はPurdueの機械工学の学部生（最終学年）だよ。このチャンネルは、たぶん空き時間に始めたばかりなんじゃないかな。
YouTubeの広告収入とスポンサーが、彼の追加の収益源だよ。
めちゃくちゃすごいね。この人、注目しておきたいから、後でまた見つけられるようにコメントしてるんだ。CDランチャーが信じられないくらいクールだよ。
この人のブログの別のクールなプロジェクトを紹介するね。『Wrist Mounted CD Launcher』ってやつ。URLはこれ→ https://www.aaedmusa.com/projects/wrist-mounted-cd-launcher。まるでElysium（映画）みたいな雰囲気だよ。
これらのロボットの消費電力ってどうなの？自律ロボットがどれだけ限界があって、どこまで実用的なのか、いつも疑問に思ってるんだ。TeslaのOptimusとかBoston Dynamicsのすごいロボットを見ても、どれくらいで充電が必要になるんだろうね？
Cheetahロボットは3kgのLiPoバッテリー（465 Whrs）で10.3km走れるよ。33kgのロボットは時速22kmで走り、バッテリーからの総消費電力は973ワットで、移動コストは0.5。これは同じスケールの動物に匹敵するんだ。総エネルギー消費量の76%はモーターからの熱損失、24%は機械的仕事に使われる。
CheetahはBen Katzが作ったロボットで、Boston Dynamicsの犬にも繋がってるんだ。2015年以降、エネルギー密度やモーター効率に大きなブレイクスルーがないから、上の情報は今でも有効だと思う。これは全速力で30分間の走行だよ。だから、今のキラーロボットから逃げるには、30分間は2時間のマラソンペース以上で走る必要があるね。ソースはこちら→ https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/108096/Effici…
彼の使ってるモーターってかなり特殊みたいだね。”効率的”なのがその特殊な部分の一つだろうな。この分野では、質量とエネルギーあたりのトルクと精度を最適化してるんだよ。以前の動画で彼が話してたのは知ってるんだけど、詳細はもう覚えてないな。
AIモデルを動かすオンボードコンピューティングもエネルギーを消費するから、効率性はできるだけ高い方が重要だね。でも、もしOptimusが人間の労働、例えば物を持ち上げて動き回ることを置き換える目的なら、プラットフォームのエネルギー効率はほぼどうでもよくなる。動画のプラットフォームやBoston Dynamicsのロボット犬は、探査みたいに自分の重さとナビゲーションに必要な計算能力だけで限界が決まるタスクに理想的だね。だから、自律型配送ロボットは車輪付きが多いんだろうな。それとも、他のプラットフォームに対して悲観的すぎるのかな…
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ワオ！実は先週、このプロジェクトの部品をプリントしてるAeadに会ったんだ（同じ職場で働いてるんだ）。それがHacker Newsのトップにあるなんて、なんか現実離れしてるな。
キャプスタンドライブに関する参考資料だよ。
https://www.osti.gov/servlets/purl/1340266
https://fab.cba.mit.edu/classes/865.21/topics/mechanical_des…
なんで”正確”なギア比を達成するために、そんなに努力するの？ゼロが多いからって、より”精密”になるわけじゃないよ。あと、このメカニズムが摩耗や疲労にどれだけ強いのかも気になるな。
これは運動学（kinematics）の話だと思うよ。ギアが精密であればあるほど、モデルが現実世界に良く合うんだ。だからプロのチームはギアやロープを使わないんだよ。高い衝撃だと、変形や弾性が実際の運動学を狂わせちゃうからね。変形や弾性をモデリングするのは計算上無理なんだ。その代わり、関節に直接モーターが付いてるのを見かけるでしょ。少なくとも、僕がロボット工学を最後に見た時はそうだったよ。
プロがギアやロープを使わないって言うけど、ロボットでは「場合による」ってのが正解だよ。UR10e、MIT Mini Cheetah、Shadow Hand、Huggingface SO-101、CNCミリングマシンとか、目的によっていろんなギアが使われてるからね。
3Dプリントなら何回か作り直すのは普通だから、ギア比の調整なんて大した手間じゃないでしょ。それに「高精度」って自称するのに、ギア比が「7.9～8.2くらい」って曖昧なのはおかしいよ。
ギア比が7.913とか8.186とか、細かい数字自体はどうでもいいけど、運動学的には正確な値が必要だよね。精密に作るか、作ってから測るかだ。他のアクチュエータはギア比をきっちり公表してるのに、歯数は整数なんだから「無限のゼロ」ってのは皮肉だね。
CNCマシンってクローズドループのサーボモーターとエンコーダーで動くって意味だよね？Jacques Mattheijも言ってたけど、ステッピングモーターのCNCは全部交換する羽目になったんだよ。ブラシレスモーターの方が速くてパワフルだし、ステップも失わないからね。
ギア比を整数とかキリの良い数にする利点の一つは、高精度な測定器がなくても簡単に検証できることだよ。ギアに印をつけて、大きいギアを1回転させて小さいギアが何回転するか数えれば、ピッタリ合うか確認できるからね。
「ゼロが多いからって『正確』じゃない」って言うけど、小数点以下の桁数が多いことこそが、精度（正確さとは別で）の定義じゃないの？
「ミッドプライス」って言われても、$100から$100,000まである機械じゃ分かりにくいよね。X-Carveはステッピングモーターとベルト、Shapeoko Proはリードスクリューとステッピングモーター、Wazersはベルトとサーボ。4000ドルのマシンを「安い」って言うのはちょっと変な感じだね。
小数点以下の桁数がゼロじゃなくてもいいんだよ。7.893だって8.001と同じくらい正確なんだからさ。
一般的に、ギア機構ってバックラッシュで精度が落ちるし、エネルギー効率も悪いし、バック駆動できないこともあるんだ。それから、小型のCNCミリングマシンだと、ボールスクリューはほとんど飾りみたいなもんだよ。
彼のキャプスタン減速機は、一回転すらできないよ。
10万ドルより100倍も高いCNCマシンってあると思うな。
ギア比の数値そのものってそんな重要じゃないと思うな。大事なのは、その実際の値が分かってることだよ（どのIK計算もその比率に依存するからね）。8:1ってのは多分、適当に決めたか、見た目がいいとか、何かをシンプルにするためだろうね。
なぜか分からないけど、みんな『13時37分に会おう』って言うとイライラするんだよね。それは『14時に会おう』と精度は変わらないのにさ。
でも、いけるかもね。彼はまだ考えてないと思うけどさ。スタックを2倍の高さにして、2倍遠くまで動かせる。ウォームギアを動かせばもっと遠くへ行けるけど、彼のドライブだとどうやるか分からないな。もっと細いロープを使って、負荷をより多くの巻き数に分散させれば、もっと投げられるかも。
一方、100:1のギアボックスは、長いアームの先に荷重をかけるときに必要なトルクをくれるし、エンコーダの精度を100倍（再現性において）上げてくれるし、モーターブレーキも100倍強くしてくれるんだ。バックドライバビリティは精度の敵だから、多くのロボット用途ではなくてもいいんだよ。
俺が見てきたほとんどの最新サーボ駆動ユニットは、エンドエフェクタに多少の柔軟性を持たせるのを好んでるね。例えば、UR5やUR10シリーズは力制限制御ループを使えて、人の近くで使うのがより安全なんだ。『速いか安いか良いか、どれか2つを選べ』って古いジョークは、だいたい今でも当てはまるよ。=3
一部の製品は、対数スケールで比較するべきだね。CNCマシンは良い例だよ。
このユースケースでのドライブにかかる負荷ってどのくらいなんだろう？35ポンドのロボットが片足で跳ねたら、動的負荷は350ポンドくらいになるかな？それは2mmのDyneemaで対応できるはずだけど。
2分2秒のところで、彼が以前より細いコードを使った動くモデルを見せてるね。たぶん1/8インチかそれ以下のを使ってるみたいだ。コードの重さを支える留め具が2つの曲がりに巻き付いてるのを見てくれ。物理をちゃんと覚えてたら、方向が変わるたびに滑車みたいに機能して、曲がりの張力を半分にするんだ（Dyneemaは留めにくいけどね。滑りやすいやつめ）。いや待て、彼はすでに2mmを使ってるな：https://www.aaedmusa.com/projects/cara でも1脚につき2本のロープだから、もしかしたら1/16インチ（1.6mm）のロープを使えるかも。
