医師の助言をもとに導き出した「hinotori™」の開発コンセプトは、「コンパクト性」と「高い安全性」、そして「意のままに操れる操作性」の3つ。なかでも、大きな特徴となる「コンパクト性」は重要な開発要件だったが、これが開発における大きな壁となった。「コンパクト性」と「広い動作範囲」の両立が困難を極めたのだ。

「hinotori™」が持つアームは4本。その先端に、内視鏡や鉗子といった「インストゥルメント」と呼ばれる器具がセットされる。1本のアームは、アーム部分が8軸、各インストゥルメントが4軸の、合計12軸で構成されている。一般的な産業用ロボットの6軸に比べ、倍の自由度を備えたアームだ。この多関節機能によって豊かな冗長性を提供しながら、執刀医に代わって「見る」「潜り込む」「つかむ」「切る」「縫う」といった動作を微細に行うわけである。

だが一方で、それだけ自由に動く4本のアームがコンパクトに配置されていると、互いに干渉し合うリスクを高めることにもなる。手術中にアームがぶつかり停止してしまえば、思わぬ事故にもつながりかねない。それが、制御手法の開発を担当した山守を大いに苦しめた。イメージするとわかるが、体に開けた穴の位置をずらすことなく、手術に必要な領域にアームの先端を持っていこうとすると、手前のアームには広い動作範囲が必要になる。それでも互いに干渉することなく、それぞれのアームの位置や関節の状態を考慮して制御するには…。

極めて複雑な制御の実現を求められた山守は、執刀医の協力のもとでトライ&エラーを繰り返した。実際の手術を見学して執刀医の腕や手の動きを観察したり、コンピュータでシミュレーションを試みたりしながら、根気強く最適な制御ルールを探っていく。シミュレーションに至っては、実に18兆回を数えた。万が一にも、いや、兆が一にもエラーを起こしてはいけないという、「一人の人間の“命”と向き合うロボット」を作る山守の執念ともいえる使命感だった。

難題はこれだけではなかった。開発コンセプトの一つである「意のままに操れる操作性」については、医師から想像を超えるリクエストが提示された。「何もないくらいの、まるで浮いているような操作感がほしい」というのだ。機械設計を担当した圡井は、そう聞いて頭を抱えた。この感覚的な要望を、工学的にどう実現すればいいのか…。模索が始まった。

手術支援ロボット「hinotori™」は、医師がロボットを操作する「サージョンコックピット」と呼ばれる操作台を備える。3D内視鏡画像を見ながら、2本のハンドコントロールやフットスイッチなどでロボットを操作するのだが、この手に握るハンドコントロールが、まさに「意のままに操れる操作性」に直結する重要な部分となる。

圡井は、試作をしては評価、改善を繰り返し、「浮いているような操作感」を目指して試行錯誤を重ねていく。そして、難題解決のポイントが減速比にあることを探り当てた。モータと減速機の摩擦が大きくなれば、それだけハンドコントロールの感触が重くなる。そこで、減速機の減速比を低くし、摩擦を減らすようにした。加えて、ソフトウェアによる感覚補正も追加。メカの設計とソフトの制御、その両方を組み合わせることで最適な操作感を作り込んでいった。

残る開発コンセプトの「高い安全性」については、二重の動作監視安全システムを導入した。まず、3Dビュアーのセンサーが「執刀医が覗き込んでいる」と検知しない限り、ロボットが動作しない仕組みとした。また、アーム同士が干渉した場合は、執刀医にアラーム音で通知するよう設定。仮にアーム同士が干渉したり、アームの動作範囲限界に到達したりしても、熟練した執刀医による細やかな操作により、手術を継続できるシステムに仕上げた。

こうして難題を乗り越え、国産初の手術支援ロボット「hinotori™ サージカルロボットシステム」は、3つの開発コンセプトをすべて実現したかたちで完成した。