Fujitsu kehittää kvanttilaskentapohjaista robottien asennon optimointia yhdessä Shibauran teknologisen instituutin ja Wasedan yliopiston kanssa

Optimoinnin ansiosta seuraavan sukupolven robotit pystyvät liikkumaan aiempaa sujuvammin ja tekemään monimutkaisempia liikkeitä.

Shibauran teknologinen instituutti, Wasedan yliopisto ja Fujitsu ovat kehittäneet innovatiivisen menetelmän, jolla robottien asentoja voidaan ohjata tehokkaasti kvanttilaskennan avulla. Uusi keino mahdollistaa moninivelisten robottien nivelkulmien laskemisen halutun loppuasennon perusteella tarkasti ja tehokkaasti. Työssä hyödynnetään kubittipohjaista paikan esitystapaa ja kvanttilomittumista.

Fujitsun kvanttisimulaattorilla tehdyssä todennuksessa todettiin jopa 43 % vähemmän virheitä pienemmällä laskutoimitusten määrällä verrattuna perinteisiin menetelmiin. Kvanttilomittumisen tehokkuus vahvistettiin kokeessa, joka toteutettiin RIKENin ja Fujitsun yhdessä kehittämällä 64-kubittisella kvanttitietokoneella.

Ilmaisemalla kunkin robotin osan suunnan ja sijainnin kubitteina, ja jäljittelemällä edeltävän nivelen liikkeen vaikutusta seuraavaan niveleen kvanttilomittumisen avulla, tarvittavien laskutoimitusten määrä väheni huomattavasti verrattuna tavanomaisiin menetelmiin. Kvanttilaskennan kehittyessä kohti käytännön sovelluksia tämän arvioidaan auttavan merkittävästi seuraavan sukupolven roboteissa, jotka vaativat reaaliaikaista ohjausta ja entistä monimutkaisempia toiminnallisuuksia.

Kvanttiteknologian läpimurto robottien monimutkaisten asentojen laskennassa

Robottien asennon ohjauksessa käänteiskinematiikan laskenta on keskeistä. Moninivelisillä roboteilla mahdollisten nivelkulmayhdistelmien määrä on valtava. Siksi laskennassa tarvitaan iterointia, jotta virhe suhteessa tavoitesijaintiin voidaan minimoida. Tämä aiheuttaa suuren laskentakuorman.

Jos robotissa on ihmistä vastaavasti 17 niveltä, tarvittavia laskutoimituksia on liian paljon ratkaistavaksi suoraan. Yleinen tapa on ollut laskea liikeratoja 7 nivelellä, mutta tämä vähentää liikkeiden sulavuutta.

Tutkimuksessa ehdotettiin uutta menetelmää, joka hyödyntää kvanttilaskennan tehoa haasteiden ratkaisemiseksi. Kunkin robotin osan suunta ja sijainti esitetään kubitteina, ja suora kinematiikka eli loppusijainnin laskeminen nivelkulmista tehdään kvanttipiireillä. Käänteiskinematiikan laskutoimitukset taas tehdään klassisilla tietokoneilla. Näin saavutetaan tehokas asennonohjaus hyödyntämällä yhdessä sekä kvantti- että klassista laskentaa.

Parantunut konvergenssinopeus ja tarkkuus kvanttilomittumisella

Tuomalla mukaan kvanttilomittumisen kvanttipiirillä saadaan toisinnettua rakenne, jossa edeltävän nivelen liikkeet vaikuttavat seuraaviin. Tämä paransi merkittävästi käänteiskinematiikan laskennan konvergenssinopeutta ja tarkkuutta. Lisäksi koelaskelmat osoittivat, että 17 nivelen mallin liikelaskelmat voidaan suorittaa noin 30 minuutissa.

Tulevat sovellukset humanoidi- ja moninivelisissä roboteissa

Menetelmä voi esittää moninivelisten robottien asennon pienellä määrällä kubitteja. Siten se on käytettävissä jo nykyisillä NISQ-kvanttitietokoneilla (Noise Intermediate-Scale Quantum). Tulevaisuudessa teknologiaa voitaisiin soveltaa humanoidirobottien ja moninivelisten laitteiden reaaliaikaiseen ohjaukseen, esteiden välttämiseen ja energiankulutuksen optimointiin. Lisäparannuksia voidaan odottaa yhdistämällä teknologia edistyneisiin kvanttialgoritmeihin, kuten kvantti-Fourier-muunnokseen.

Tutkimusartikkelin tiedot:

Quantum computation for robot posture optimization -raportti on julkaistu Scientific Reports, Nature Portfolio -julkaisussa ja löytyy täältä: DOI:10.1038/s41598-025-12109-0
Kirjoittajat: Takuya Otani, Shibauran teknologinen instituutti, Atsuo Takanishi, Wasedan yliopisto sekä Nobuyuki Hara, Yutaka Takita ja Koichi Kimura, Fujitsu Limited

Shibaura Institute of Technology (SIT) on yksityinen yliopisto, jonka koulutusfilosofia on sitä edeltäneen Tokyo Higher School of Industry and Commerce -oppilaitoksen perustamisesta vuonna 1927 lähtien ollut oppiminen käytännön kautta. SIT oli ainoa yksityinen luonnontieteiden ja tekniikan yliopisto, joka valittiin Japanin opetus-, kulttuuri-, urheilu-, tiede- ja teknologiaministeriön Top Global University -hankkeeseen ja sai ministeriöltä tukea 10 vuoden ajan vuodesta 2014. Instituutin missio on kouluttaa tieteentekijöitä ja insinöörejä, jotka edistävät kestävää kasvua. Tämän toteuttamiseksi yli 9 500 opiskelijaa oppii kulttuurisesti monimuotoisessa ympäristössä tekemään yhteistyötä ja oppimaan eri puolilta maailmaa tulevilta ihmisiltä.
https://www.shibaura-it.ac.jp/en/

Wasedan yliopisto perustettiin vuonna 1882 periaatteinaan itsenäinen oppineisuus, oppien soveltaminen käytäntöön ja hyvien kansalaisten kasvattaminen. Se on yksityinen yliopisto, jossa on 10 tiedekuntaa mukaan lukien kandidaatti-, maisteri- ja ammatilliset jatkokoulut. Waseda lähestyy 150-vuotisjuhlaansa vuonna 2032 ja pyrkii vahvistamaan perustuspilareitaan: tutkimusta, koulutusta ja yhteiskunnallista vaikutusta. Yliopiston filosofia “älkää ajatelko vain omaa, perheenne tai maanne etua, vaan olkaa kunnianhimoisia ja edistäkää ihmiskuntaa kaikkialla maailmassa” ohjaa sen tavoitetta kehittyä vuoteen 2050 mennessä yliopistoksi, joka edistää koko ihmiskunnan hyvinvointia.
https://www.waseda.jp/top/en/

Käännös Fujitsu Limitedin 25.8.2025 julkaisemasta tiedotteesta:
https://global.fujitsu/en-global/newsroom/gl/2025/08/25-01

Mediayhteydet
Fujitsu Finland Oy
Saara Torri
saara.torri@fujitsu.com

Fujitsusta
Fujitsun tarkoitus on rakentaa kestävämpää maailmaa vahvistamalla luottamusta yhteiskuntaan innovaatioiden avulla. Olemme asiakkaidemme digitalisaatiokumppani ympäri maailman, ja 113 000 työntekijäämme ratkaisevat työssään ihmiskunnan suurimpia haasteita. Palvelu- ja ratkaisuvalikoimamme perustuu viiteen avainteknologiaan: tekoäly, tietojenkäsittely, verkot, data ja turvallisuus sekä konvergoidut teknologiat, joita yhdistämällä autamme luomaan kestävää muutosta. Fujitsu Limitedin (TSE:6702) liikevaihto oli 3,6 biljoonaa jeniä (23 miljardia USD) 31.3.2025 päättyneellä tilikaudella, ja Fujitsu on edelleen markkinaosuudeltaan Japanin johtava digipalveluyhtiö.

Suomessa Fujitsu Finland tarjoaa vahvan paikallisen palvelukyvyn noin 1 300 fujitsulaisen voimin. Suurimmat toimipaikkamme sijaitsevat Helsingissä, Tampereella, Turussa, Oulussa ja Lahdessa. Olemme osa suomalaisen yhteiskunnan ja yritysten digitaalista perustaa teollisuudessa, kaupan alalla, terveydenhuollossa ja julkisella sektorilla. Meillä on laaja alihankkija- ja kumppaniverkosto ja olemme yksi maamme kriittisistä huoltovarmuusyhtiöistä. www.fujitsu.com/fi