～キーワードから解説する～「IoT時代を担うキーはセンサ技術」（１）

2019年01月08日カテゴリ：解説・連載 ,特集

最近は毎日、毎時マスメディアにIoT（アイオーティー）という言葉があふれており、これからはIoT時代だと言われている。しかし、IoTって何だと聞かれても説明できないことが多い。そこで、本文はIoTに至る技術的な歴史と本質を簡単に解説しよう。
IoTに関連する技術のうちもっとも影響の大きな電子技術を物（ハードウエア）と事（ソフトウエア）で、おおまかな誕生年代から見てみよう。これらの用語は英語名称の頭文字A、C、I、L、M、N、S、Tなどの組み合わせで示されることが多い。

IC（Integrated　Circuit、半導体集積回路）：
1950年代後半に実用化された。材料として初期はゲルマニウム（Ge）であったが、60年代すぐにシリコン（Si）単結晶のチップに代わり現在に至っている。真空管が固体化された最初の技術。

LSI（Large Scale Integration、大規模集積回路）：
60年代後半からICの素子数が大規模になり、リソグラフィ（高精細写真転写）技術の高度化によって、現在は数百万個を越える素子が１チップに搭載される。

CPU（Central Processing Unit、中央演算処理装置）：
コンピュータの制御、演算や情報転送を司る中枢部分。PC（Personal Computer）の中枢部分。１チップ化されたものをMP（Micro Processor）という。

AI（Artificial Intelligence、人工知能）：
1960年代に提唱された人間の神経回路を模したニューラルネットワーク（Neural Network）を用いた推論手法。自ら学習し、新たな事象を認知して問題解決ができる機能を持つ。当初はコンピュータの能力が低く、掛け声だけでブームは終わってしまい第1世代と云われる。第2世代は国家プロジェクトの第五世代コンピュータで理想は高かったが、一般に普及せずに研究だけに終わってしまった。第3世代はビッグデータ、超高速処理が実現した現在であり、我々の身近な技術として将来性が期待されている。ディープラーニング（Deep Learning）などの新しい手法が将棋、囲碁で応用され有名になった。

IT（Information Technology、情報技術）：
1990年代からインターネット、携帯電話が普及。2001年に日本で高度情報通信ネットワーク社会形成基本法（IT基本法）が制定された。

ICＴ（Information & Communication Technology、情報通信技術）：
2004年に総務省がITからICＴに名称変更した。国際的にはITよりはICＴが使われている。

インターネット（Internet）：
1969年、米国総務省のARPA（高度研究プロジェクト局）が開発したARPANET。相互通信可能なオープンシステムで、米国は1988年、日本では1992年に商用解放された。現在、世界中で広く利用され、我々も家庭で毎日のように使っている。主に人同志のやり取りに使用されている。
インターネット関連の用語としては、IPアドレス（Internet Protocol Address、インターネットに接続されたPCや通信機器に割り当てられた識別番号）、www（world wide ｗeb、標準的な情報提供システム）、HTTP（Hypertext Transfer Protocol、インターネット上でデータ転送の為の手順、規約）、HTML（Hypertext Markup Language、ウエブ記述の為の言語）などがある。

サーバ（Server）：
あるファイルを別の場所にコピーする機器（元のファイルはそのまま残し異なるファイル間でもコピーできる）や別の機器からの要求に対し、機能やサービスを提供する機器。超高速で大容量処理が可能な一種のスーパーコンピュータ。

ストレージ（Storage、大容量外部記憶装置）：
データを長期的に蓄積、保存、読取、呼出す高速記憶装置。磁気ドラムが主体であるが、最近は可動部の無い不揮発メモリを使用するものが増えている。

メムス（MEMS、Micro Electro-Mechanical System、マイクロ電気機械システム）：シリコンをベース材料とし、LSI製造技術にセンサ独特の3次元（立体）加工技術を組み合わせることによって、ミクロンオーダーのセンサやアクチュエータが実現した。1970年代後半にスタートし、80年代には基盤技術としての地位が確立された。

トリリオンセンサ（Trillion Sensor）：
将来は地球上の100億人の人間が平均一人100個以上使うことを想定した場合のセンサの在り方を研究する呼称。

クラウド（Cloud）：
データセンタと呼ばれる設備で、複数のコンピュータに保管された大量のデータを、インターネットを通じて出し入れする仕組み。個人でもスマートフォンなどの端末のメールや写真を外部に保管できる。データを保管するコンピュータ群を「雲」に例えて名付けられた。2006年、アマゾンが一般企業向けにサービスを始め急速に普及した。

IoT（Internet of Things）：
インターネットに多様かつ多数の物事が接続され、それらが相互に情報の通信を行うネットワーク技術。80年代に論議が始まり、ある時には何時でも何処でもと云うユビキタス（Ubiquitous）技術がもてはやされたが、2010年代初め、米国のインダストリアル　ネットワーク、ドイツのインダストリー4.0から発展してIoTと呼ばれるようになった。
従来のインターネットは人同士の双方向通信であったが、人と人、人と物事、物事と物事のあらゆる対象との相方向通信を対象とする。

次週へつづく―

マウザー、Bourns社の高精度センサファミリの販売を開始

2019年01月07日カテゴリ：ニュース ,製品ニュース

ネット販売商社のマウザー・エレクトロニクス（以下: マウザー）は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）技術に基づく環境センサである、Bourns社の高精度センサ (BPS) ファミリの取り扱いを開始した。

マウザーより購入可能な、Bourns BPSファミリには、厳しい動作条件での使用に適した3つの圧力センサシリーズがある。BPS110センサとBPS120センサは、0.15psi～1.0psiという超低圧力範囲において高精度センシングを実現し、0～60℃の温度範囲で安定した1.5％ FS TEB（総誤差帯域）を提供する。 BPS110 とBPS120 は、1 in H2O までの較正圧力範囲を備え、完全に較正され補償された出力により、より効率的なプロセスを実現するという。

BPS130センサは、－40～＋150℃の動作温度範囲、およびデバイスの動作温度範囲全体で2.5％ TEBを備え、高温度アプリケーションにおいて高精度性能を実現するとともに、製品寿命期間にわたり安定した性能も実現し、15psi～500psiという幅広い圧力範囲で動作が可能であるとのこと。

さらにBourns BPSファミリには、高精度で低消費電力のBPS230湿度センサがあり、本デバイスは－30℃～＋100℃ の較正温度範囲にわたり±3%の相対湿度を備え、バッテリ対応アプリケーションにおいて13µA（標準）という低電流消費を実現する。BPS230センサは、2.0 x 2.0 x 0.75mmの超小型パッケージで提供されるので、民生用製品や医療モニタリング機器に適しているという。

ニュースリリースサイト：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000062.000034430.html

細胞と同等の柔らかさを持つセンサ – 心筋細胞の表面電位計測に成功

2019年01月07日カテゴリ：ニュース ,研究紹介

東京大学(東大)は1月1日、数層のナノファイバーで構成されるナノメッシュ構造を電極に応用することで、細胞とほぼ同様な柔らかさを持つセンサの開発に成功。ヒトiPS由来の心筋細胞シートにじかに接触させ、拍動を阻害せずに表面電位を長時間安定して計測できることを確認したと発表したとのこと。

同成果は、同大大学院工学系研究科の染谷隆夫教授(理化学研究所開拓研究本部染谷薄膜素子研究室主任研究員、同研究所創発物性科学研究センター創発ソフトシステム研究チームチームリーダー)、同李成薫博士(特任研究員)、東京女子医科大学先端生命医科学研究所の清水達也所長らによるもの。
詳細は、英国科学誌「Nature Nanotechnology」(オンライン版)で公開された。

今回の手法としては、染谷教授が研究を続けてきたナノメッシュセンサ技術と、東京女子医科大学が進めてきた細胞シート技術の1つである多層化心筋シート組織作製技術を組み合わせるというもの。以前の染谷教授の研究では、ナノメッシュセンサはポリビニルアルコール(PVA)のフィルム上にナノメッシュ構造の繊維状ファイバー(ナノファイバー)を作成していたが、PVAが溶け、金配線のみの状態では、心筋シートの拍動で壊れてしまうことがわかったことから、今回、新たにエレクトロスピニング法を用いて作られたポリウレタンを基材としたナノメッシュ基板をベースに、その上にCVDでナノメッシュ配線を形成。さらに金を(ポリウレタンの上に形成したパリレンに)蒸着を行なうことで、ナノメッシュプローブと形成。多層構造とすることで、壊れにくいナノメッシュセンサを実現したという。

今後、創薬研究側の清水教授は、「iPS細胞を利用して、いろいろと出来るようになってきたこともあり、製薬メーカーも興味を活用に対して興味を示すようになってきており、今回の技術はそうした分野に向けて有用なものになる」とするほか、「心筋細胞・組織の成熟度を定量的に評価する手法などに活用が期待できるようになる」との見方を示す一方、より幅広い層に活用してもらうためには、「非常に薄く、柔らかいため、ハンドリングに慣れていないと、取り扱いが難しいため、より簡便な使用方法を確立する必要がある」(染谷教授)という利便性の向上を図る必要があるとする。また、現在の空間分解能は数mm程度であるため、さらなる高分解能化を実現したいともしており、印刷法による配線パターンの微細化や、配線の低抵抗化に向けた研究も行っていくようだ。

ニュースサイト：https://news.mynavi.jp/article/20190102-748374/

東工大と東大、ディープラーニング応用で地球センサ・スタートラッカーの開発

2019年01月07日カテゴリ：ニュース ,研究紹介

東京工業大学と東京大学の研究グループは、深層学習（ディープ・ラーニング）を応用した地球センサおよびスタートラッカー実験装「DLAS」を開発。宇宙航空研究開発機構（JAXA）のプログラムによる小型実証衛星1号機「RAPIS-1」に搭載されるとのこと。

　JAXAが進める「革新的衛星技術実証プログラム」は、民間企業や大学などが開発した機器や部品、超小型衛星、キューブサット（サイコロ型衛星）に宇宙実証の機会を提供するプログラムだ。研究グループは、宇宙空間での観測のための姿勢安定や画像解析に取り組んできた。

　スタートラッカーは恒星を基準点として高精度に姿勢を決定できる姿勢計で、今回、マシンビジョン用の市販カメラとマイコンを組み合わせ、星１つ１つを識別する。識別アルゴリズムは従来法を改良し独自に開発。地球センサは低精度だが常に衛星から見える地球の画像から姿勢の推定が可能。携帯用の超小型カメラが、スタートラッカーのバッフルに各2個ずつ設置。これに組み合わせる画像識別器は、限られた演算速度でも高い精度を達成できるように開発されたようだ。

　人工衛星RAPIS-1は、2019年1月17日にJAXAのロケット・イプシロンロケット4号機に搭載され、鹿児島県のJAXA内之浦宇宙空間観測所から打ち上げ予定。搭載されるDLASは、安価で高性能な民生品を使った低コストのスタートラッカーの宇宙動作実証と、深層学習を用いた世界初のリアルタイム軌道上衛星画像認識実験、さらにその技術を応用した、地形パターン認識による衛星の三軸姿勢計測技術の宇宙実証を行うという。

ニュースサイト：https://univ-journal.jp/24267/

ソニー、HDR撮影とLEDフリッカー抑制が可能な車載CMOSイメージセンサ

2018年12月28日カテゴリ：ニュース ,製品ニュース

ソニーは、車載カメラ向けに1/1.55型有効540万画素のCMOSイメージセンサ「IMX490」を商品化し、2019年3月からサンプル出荷を開始することを発表した。

同製品は、HDR機能とLEDフリッカー抑制機能の同時利用を可能にしたイメージセンサ。有効540万画素により、従来と同等の分解能を維持しつつ、より広い画角での撮影が可能となり、従来よりも広い範囲の障害物や標識、信号機といった交通環境を認識できるようになったほか、独自の画素構造と露光方法により、飽和照度を改善したことで、HDR機能とLEDフリッカーの抑制機能の同時利用時で従来比約3倍となる120dBのダイナミックレンジを実現したという。このため、10万ルクスの太陽光が、明るい色の前走車などに直接当たる条件下でも白飛びを抑制できるようになったほか、またトンネルの出入り口などの明暗差の大きい道路環境においても、被写体をより正確に捕捉できるようになったとのこと。

加えて、今回の独自方式では、一般的なHDR技術で生じていた動く被写体を撮影する際に発生するノイズ「モーションアーティファクト」を防ぐことができるほか、従来に比べて感度特性を約15%改善しており、月明かりに相当する低照度(0.1ルクス)の環境下でも歩行者や障害物の認識能力が向上したという。

なお、同製品は、自動車向け電子部品の信頼性試験基準「AEC-Q100 Grade2」を量産出荷までに満たす予定とするほか、自動車向け機能安全規格「ISO 26262」に準拠した開発プロセスを導入し、車載向けとしての機能安全要求を満たす設計品質を実現することで、故障検知、通知、制御などの機能安全要求レベル「ASIL D」にも対応したとしている。

サンプル価格は1万5000円(税別)で、2019年3月からサンプル出荷を開始する予定とのこと。

ニュースサイト：https://news.mynavi.jp/article/20181227-748010/

※記事につきましては掲載時点の情報になります。情報が更新・変更されている場合もございます。

JOHNAN、東京大学との共同研究を開始

2018年12月28日カテゴリ：研究紹介 ,ニュース

JOHNAN（株）（以下、JOHNAN）は、国立大学法人東京大学と、高速画像処理技術を活用した産業用機械の自動化システムに関する共同研究を開始した。

今回の共同研究では、国立大学法人東京大学情報理工学系研究科石川妹尾研究室とJOHNANが、産業用機械の自動化・知能化システムにおける高速ビジョンセンサ応用技術の研究および開発に取り組むとのこと。

石川妹尾研究室は、高速画像処理技術の開発において、世界の最先端を行く超高速ビジョンセンサーの基本構造を提唱し、ロボット、産業計測、ヒューマンインターフェイス等の様々な分野に適用可能な光学装置あるいはその制御法を創出した。この分野の第一人者として世界的に知られる石川正俊教授は、2011年に紫綬褒章を受章。情報システム・ロボット学に関する研究において優れた業績を挙げ、数多くの学会論文賞や国際学会・国際会議論文賞を受賞の実績がある。

また、JOHNANは、長年のモノづくりの実績からメカトロニクス技術、電気制御設計・生産ライン設計のノウハウを豊富に有している。

双方の強みを融合させることで、知能化されたロボットと人が一緒に働くことのできる社会の実現を目指すという。

ニュースリリースサイト：https://www.johnan.com/news-press/2018/12/9094/

Visual-LiDAR-SLAMの開発パートナープログラムを開始

2018年12月28日カテゴリ：ニュース

人工知覚（AP: Artificial Perception）の研究開発企業であるＫｕｄａｎ（株）は、2018年12月27日よりVisual SLAMとLiDARを統合したVisual-LiDAR-SLAMを開発するパートナープログラムを新たに開始するとのこと。

これまでＫｕｄａｎは、Visual SLAMとLiDARの技術統合を実用可能なレベルに引き上げるべく、各種センサや半導体の組み込みを複数の顧客企業と研究開発を進めてきた。今回、当該技術の研究開発完了を持ち、開発パートナープログラムを開始するという。本プログラムにより、自動車の自動運転や3次元デジタル地図など、Ｋｕｄａｎの技術を用いて顧客が自身のHW/SWプラットフォームやユースケースに実装することが可能になるという。

ニュースリリースサイト：https://www.dreamnews.jp/press/0000187295/

イリス、ロイツェ社新型光学データトランスミッタ DDLS 500iシリーズを販売

2018年12月26日カテゴリ：ニュース

産業機器輸入商社の（株）イリスは、ドイツLeuze electronic社(ロイツェ社)のデータトランスミッタ「DDLS 500iシリーズ」の販売を開始する。

◇背景
従来の工場や倉庫内はケーブルが張り巡らされており、ケーブル断線リスクなどから、無線通信の必要性が叫ばれている。
無線通信の一つである光伝達でデータ通信をするデータトランスミッタはここ数年で飛躍的に普及しているが、いまだ課題が多い。

◇特徴
DDLS 500iの特徴はアライメントの容易さ。シンプルな本体一体型のマウンティングプレートの他、微妙な角度調整をサポートする、水平器、受光量レベルを表示するゲージ、可視赤線のレーザーポインタの3つの機能を搭載。これによりこれまで2人以上で行っていた据付作業を1人で、しかも短時間で行える。

また、赤外線使用で、他のセンサと干渉しあうリスクが非常に低く、特に同じロイツェ社製のレーザー距離測定センサAMS 300iシリーズとは親和性が高く、完全密着させても相互干渉しない。

さらにEthernetテクノロジーを使用しており、フィールドバス経由で診断情報の他、通信の遮断履歴や汚れ等による受光量低下の情報が取得可能で、それらの設定や診断は遠隔地からwebブラウザ上で行うことができる。DDLS 500iはEthernetベースの通信プロトコルのほぼ全てに対応しており、最大100Mbpsの高速通信も可能である。

特筆すべきはモジュールストラクチャを採用のPROFINET対応モデルDDLS 548iで、GSDMLファイルからフィールドバス上の各設定と診断を一括で行うため、システム管理等、人的労力を更に軽減することが可能となる。

ニュースリリースサイト：https://www.atpress.ne.jp/news/174112

欠陥検査に役立つ光ファイバセンサ（4）

2018年12月25日カテゴリ：解説・連載 ,特集

4.「高温耐熱性」と「分布性」…耐熱光ファイバによる温度分布・振動分布センシング

材料的或いは原理的な制約から、一般に電気式センサは150～200℃程度が温度上限となる場合が多い。これに対して、石英ガラスは融点が約1000℃と格段に高く、高温でのセンシングへの期待が高い。光ファイバへ曲げ許容力を付与するための被覆材、接続用のジグ等の現実的な課題があるが、図11は、耐熱性を備えた光ケーブルを用いて300℃までの耐熱性を確認した事例である。計測には分布型温度計測システム（DTS；Distributed Temperature Sensor）及び分布型振動計測システム（DVS；Distributed Vibration Sensor）を用いた。図12に温度データ、図13に300℃時の振動データを示す。いずれも1本の光ファイバで分布的にデータを取得している。今後550℃までの耐熱性を確認する予定である。

【計測原理】
本計測で使用した振動分布計測の原理を概説する。なお、光ファイバによる分布型温度計測（DTS）は広く普及している技術であり＊3、ここでは割愛する。
1本の光ファイバ上に作用する振動を分布的に検出するには、一般にC-OTDR（Coherent－OTDR）という技術を用いる。振動分布検知用途のC-OTDRはDAS（Distributed Acoustic Sensor）、或いはDVS（Distributed Vibration Sensor）とも呼ばれている。センシングに用いるC-OTDRには光ファイバの振動によるレーリ散乱光の振幅変動（強度）を検知する方式とレーリ散乱光の位相変動を検知する方式がある。
C-OTDRは光周波数が安定した光パルス光源と光ヘテロダイン検波或いは光ホモダイン検波の受光回路を用いたOTDRで、当初はOTDRの受光感度を向上する為に開発された。
光ヘテロダインおよび光ホモダイン検波方式のホトダイオードの光電流iは、

と示される。ここでP_S、P_LOは信号光と局発光のパワー、ω_s、ω_LOは信号光と局発光の角周波数、Φ_s、Φ_LOは信号光と局発光の位相、εは光合波器の信号光の結合効率、i_n(t)は雑音電流、eは電子電荷、ηはホトダイオードの変換効率、hはプランク定数、νは光の振動数である。光源の光周波数が安定したことから、光ファイバ中で発生した光の位相や偏光の変化や微細な振幅変化の分布を求める事ができる。
レーリ散乱光の振幅変動を検知するC-OTDRの構成を示す（図14）。図14でSensing fiberから戻ってきた後方散乱光はDFB-LDのローカル光で光ヘテロダイン検波されて受光される。時系列で得られた後方散乱光の各位置での振幅変動（強度変動）を求めれば、任意位置で光ファイバの振動分布（図15）が得られる。

一方、レーリ－散乱光の位相を検知するC-OTDRの構成例を示す（図16）。破線部分が干渉計を構成しており、センサファイバLsで生じた光の位相変動を干渉計の光ファイバLaとLbの遅延時間差により捕らえている。被計測物に生じる振動の大きさを線形的に捉えるには、この位相型が適している。

参考文献

^{＊3^{http://www.phosc.jp/cms/index.html?key=19_ROTDR%E3%81%AE%E8%A8%88%E6%B8%AC%E6%B3%95&c=9}}

以上、4回に亘って光ファイバを用いた欠陥検知技術の事例紹介を行った。長大構造分野での利用が先行している光ファイバセンシング技術であるが、これまでは無理と考えられてきた環境での欠陥検知にも利用可能と考えている。

赤外線カメラ搭載のドローン「MAVIC 2 ENTERPRISE DUAL」を発表

2018年12月21日カテゴリ：ニュース ,製品ニュース

DJI Japan（株）がFLIRシステムズ社と共同で開発したMavic 2 Enterprise Dualは、DJIドローンMavic 2シリーズのコンパクト設計を踏襲し、今年10月に発表したMavic 2 Enterpriseの特徴である多くの高度制御技術とアクセサリー拡張性も搭載されている。効率的なレポートと分析を行うため、Mavic 2 Enterprise Dualで温度を測定し、画像と温度データを容易に保存が可能。公共施設の点検業務から緊急事態への対応といったさまざまな業務オペレーションや一刻を争う任務に必要な情報を即座に提供するという。

【FLIR赤外線カメラを搭載し、携帯性に優れたパワフルドローン】
　Mavic 2 Enterprise Dualは、可視光を捉える4Kセンサーと、サーマル画像データを捉えるFLIR Lepton® サーモグラフィーマイクロカメラを一つのユニットに収容した3軸ジンバルカメラを搭載。これら２つのセンサにより、パイロットは夜間や霧、煙の立ち込める日中の複雑な環境下でも飛行させることができる[※1]。DJI Pilot 飛行制御アプリの複数のインテリジェント表示モードから選択し、デュアルセンサーカメラのデータを可視化できる。

● FLIR MSX® – FLIRの特許取得済みMSX（マルチスペクトルダイナミックイメージング）は、忠実度の高い可視光カメラデータを赤外線カメラのデータにリアルタイムで統合する機能。視覚的ディテールが協調されるため、肉眼ではすぐに確認できない重要なデータを素早く特定し、解釈することができる。
● スポットメーター– 対象物の平均温度が表示されるため、操縦者は安全な距離を保ちながら、重要な対象物の温度測定や危険な環境を判断することに役立つ。
● エリア測定– 各エリアの平均温度、最低温度、最高温度および対応する場所を表示し、検査員が対象物を迅速に評価し、過熱しているかどうかを判断できる。
● 等温線設定– 操縦者は、カスタムカラーパレットを使用し、表示させる特定の温度範囲を指定できるため、範囲内の対象物をより高い対比で表示し、視認性を向上させる。この機能により、レスキュー隊が捜索救援活動で遭難者を特定したり、消防士が現場で火災現場でのホットスポットを特定したりできるように、プロファイルをカスタム化できる。さらに柔軟に対応できる様にカスタムプロファイル設定もある。

[※1]操縦者は国土交通省が定めるドローン飛行ルールを遵守のこと。

ニュースリリースサイト：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000135.000015765.html

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