鹿島建設株式会社（社長：天野裕正、以下鹿島）、国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構（理事長：山川宏、以下JAXA）と学校法人芝浦工業大学の3者は、鹿島を代表者として2021年から国土交通省の公募事業「宇宙無人建設革新技術開発推進事業（以下 本事業）」に参画し、研究開発を進めています。
このたび、鹿島が神奈川県小田原市に所有する約2ヘクタールの実験場「鹿島西湘実験フィールド」とJAXA相模原キャンパスを結んで、自動遠隔建設機械による月面環境での作業を想定した実証実験を行いました。その結果、月面での永久陰領域※1等での施工に必要となる構成技術、要素技術の妥当性を確認することができました。
今後は、今回の一連の作業等を精緻に再現する月面大規模シミュレータの開発を進め、月面上での作業の具体的な検討を加速させていきます。
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背景・目的
鹿島は、2009年から建設機械の自動運転を核とした次世代建設生産システム「A4CSEL(R)」（クワッドアクセル）の開発を進め、ダム工事を中心に多数の実工事に適用しています。2016年からは、A4CSELをベースにJAXAや複数の大学と共同で、月面拠点建設の実現と地上での展開・活用を目的とした自動運転と遠隔操作による連携作業について研究開発を進めてきました。※2,3,4
本事業では、これらの成果を発展させて、月面での建設作業を想定した研究開発を進めます。具体的には、JAXAがまとめた国際宇宙探査シナリオ（案）※5で検討している月面での推薬（推進剤・燃料）生成に向け、月のクレータ内部等の永久陰に存在するとされる水を含む砂の掘削（水掘削）を想定した作業を地上で実験します。
その上で、地上実験で得られた成果を月面作業に繋げるために重要となる、地上と月面での動作の相違を調整する技術と手法を創出することが、本事業における我々の目的となります。今回の実機械を用いた地上での実験結果をもとに、仮想空間で精度よく作業を再現できる技術を構築し、月面作業を様々な条件で再現することが可能になれば、地上での実証成果を月面での作業に反映できると考えています。
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実験の概要
今回の実験では、JAXA相模原キャンパスを指令拠点とし、3台の自動・遠隔操作用に改造した建設機械（バックホウ2台、クローラダンプ1台）を「鹿島西湘実験フィールド」に配置し、月での水掘削を想定した掘削・運搬作業シナリオに基づき、自動制御と遠隔操作のハイブリッド施工を実証しました。
今回は、汎用の建設機械を用いたことや、起伏や凹凸が少なく地盤性状が既知の環境であるといった実際の月での活動とは異なる条件でしたが、自動運転と遠隔操作により複数の機械を同時に稼働させ、レーザー距離計（LiDAR※6）を用いたSLAM※7技術により、周囲環境の地図作成および自己位置推定をしつつ、月面の永久陰領域等での作業を想定したシナリオに沿って実験を行いました。その結果、GNSS等の測位システムがなく、通信遅延が発生する環境でも、複数の建設機械が土砂の掘削・運搬作業を効率的に行うことができたことで、月面の永久陰領域等での作業に必要となる構成技術、要素技術の妥当性が確認できました。
＜実証実験での作業手順＞
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今後の展開
3者は今後、今回の一連の作業を精緻に再現するシミュレータの開発を進め、実証実験で得られたデータや月面環境データを活用して、月面上での作業を模擬する段階につなげていきます。
一方、今回の実験で測位技術として活用した SLAM は、地球上においても、GNSS が使用できないトンネルや地下工事の自動化に不可欠となる複数機械の同時かつ動的な測位技術として利用できる技術です。今回の活動で検証した精度向上策とともに、地球上の現場でもSLAMを活用していく方針です。
※1 月の北極や南極のクレータ内部など、周囲より低い場所で長い時間日の当たらない領域
※2 JAXAが国立研究開発法人科学技術振興機構から受託した「イノベーションハブ構築支援事業」（太陽系フロンティア開拓による人類の生存圏・活動領域拡大に向けたオープンイノベーションハブ）において、「遠隔操作と自動制御の協調による遠隔施工システムの実現」を共同で行う契約を 2016 年に締結。
※3 宇宙探査イノベーションハブの共同研究成果（2019/3/28プレスリリース）
https://www.kajima.co.jp/news/press/201903/28c1-j.htm
※4 月面での建設機械の遠隔操作・自動運転を目指した遠隔施工実験の実施について
（2021/5/18プレスリリース）
https://www.kajima.co.jp/news/press/202105/18c1-j.htm
※5 日本の国際宇宙探査シナリオ (案) 2021
https://www.exploration.jaxa.jp/assets/img/news/pdf/scenario/2021/Scenario2021.pdf
※6 LiDAR： レーザー光を照射してその散乱や反射光から距離などを計測
※7 SLAM： 自己位置の推定と環境地図の作成を同時に行う
（参考）
動画でみる鹿島の土木技術 ICT・DX
https://www.kajima.co.jp/tech/c_movies/index.html#anc_ict
配信元企業：鹿島建設株式会社
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