磁気テープ　2足歩行ロボット　液剤塗布ロボット　エンジニアリングなよもやま話　vol. 8

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磁気テープには肉眼では見えない棒磁石がたくさんある

鉄腕アトムが現実に!? ２足歩行するロボット

正確な位置決めができる３軸同時制御・液剤塗布ロボット

これまでのよもやまばなしが閲覧できます。

前回のメルマガでは、マイクで音を電気信号（音声信号）に変えたり、スピーカーで電気信号を音に変えると書きました。フレミングの法則を知っていれば、比較的シンプルに理解できると思います。今回は、この電気信号を磁気テープなどに録音、再生する磁気録音技術についてです。

まず、磁気録音を理解するためには強磁性体の特性を知る必要があります。強磁性体とは磁石がくっつく物質のことで、鋼のように磁界の影響を受けて永久磁石になる「硬質磁性体」と、電磁石の芯のようにコイルの電流のON／OFFで一時的に磁石になる「軟質磁性体」があります。

磁気テープは、テープに磁性粉が塗布されており、テープに小さな棒磁石が無数に貼り付けられているものとイメージしてください。この磁性粉は広い意味での硬質磁性体で、磁界の影響を受けて永久磁石になります。ただ、完全に永久磁石になるのではなく、新たな磁界が加わると容易に磁界の向きを変える特殊な磁性体です。この性質のおかげで、使用したテープの情報を消去して、何度でも再利用することができるのです。
また、磁気ヘッドは、コイルを巻いた軟質磁性体を狭いギャップが残るようにリング状にしたもので、Ｃ字形の電磁石とイメージしてください。

■録音と再生
磁気ヘッドのコイルに、マイクで作られた音声信号を流しながら、磁気ヘッドのギャップの上を一定速度で磁気テープが走行すると、音声信号に応じて磁気テープの磁性粉が次々と磁化されていきます。これが磁気記録（録音）です。

また、磁気ヘッドのギャップの上をさきほど録音した磁気テープが一定速度で走行すると、磁性粉の磁界の向き、強さに応じて磁気ヘッドのコイルに起電力が発生します。これが再生で、増幅してスピーカーに伝えれば音が出ます。

カセットのメタルテープが高価なのは、磁性体を塗布する方式ではなく、真空蒸着というプロセスにて製造されているからだそうです。

近未来をテーマにしたSF映画には、人間型のロボットが数多く登場します。
しかも、人間同様に２足歩行していますが、これがどうしてロボットだと非常に難しいのです。

２足歩行には、体の重心が常に着地した足裏にある「静歩行」と、進行方向に倒れこむように重心を移動しながら、倒れないようにもう片方の足を出す「動歩行」があります。
人間が普通に歩く時は後者の「動歩行」ですが、真っ暗闇の中を手探りで歩く場合や、平均台の上を慎重に歩く時は前者の「静歩行」になっていると思います。
「動歩行」は次の足を出すことを前提にして歩いていますので、誰かに足をかけられた時に倒れるのが「動歩行」、足をかけられても動じないのが「静歩行」とも言えるでしょう。
２足歩行型ロボットは、まず「静歩行」から研究がはじめられ、現在では「動歩行」を実現したロボットが登場し、スムーズに歩いたり、階段を昇ったりと格段に進歩しています。

人間同様の「動歩行」を実現したロボットの多くは、ZMP（Zero Moment Point）理論をベースに姿勢制御しています。ZMPとは、重力と歩行で生まれる慣性力、地面からの反力が動的につりあう点のことです。
とにかく、ロボットが１歩を踏み出す時には、いろいろな情報を元に膨大な計算をしていることが分かれば、ZMP理論は理解できなくても大丈夫です。人間は２本足で歩いているのですから。

２足歩行型のロボットは今後も進化を続けることでしょう。SF漫画の世界がにわかに現実みを増してきました。将来が楽しみな反面、ちょっと怖い気もします。

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