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» 2018年02月21日 11時00分 公開

IoTの真価を発揮するために:IoTにおける“精度”の重要性 (1/3)

IoT(モノのインターネット)では、高精度にデータを計測、センシングする必要があります。高い精度での計測、センシングは、IoTにさまざまな利点をもたらすためです。ここでは、いかにIoTにおいて、計測/センシングの精度が重要であるかを事例を挙げつつ、考察していきます。

[Grainne Murphy/Colm Prendergast(Analog Devices),EDN Japan]

IoTの原理は、クラウドに接続して広がる計測のシグナルチェーン

 モノのインターネット(IoT)とは、センサーやコントローラを搭載した全てのデバイスをインターネットに接続したり、デバイスを相互に接続したりしようという概念に他なりません。これには、携帯電話機、家電製品、自動車、機械、機械部品、ウェアラブルデバイスなど、考え得るあらゆるものが含まれます。しかし、IoTの原理は、クラウドに接続して広がる計測のシグナルチェーンに過ぎません。

センサー to クラウドのシグナルチェーン

 センシング部や計測部はアナログ信号をデジタルのデータストリームに変換します。このデジタルフォーマットは取得、処理、転送、解析が可能で、その結果に応じた決定が行えます。このような、光、音、圧力、温度といった物理現象をデジタルデータに変換するという考え方は古くからありますが、IoTの発展は、デジタルデータに基づいてなされる決定を、メタパターンと計算モデリングを使用する決定へと一変させました。この手法はクラウドとその大容量ストレージおよび、大規模な処理能力によって実現されます。温度計測技術のような昔ながらのセンシング機能の中には、スタンドアロンの計測としても、他の計測のための1要素としても十分に理解され、利用されているものがあります。例えば、電気化学センシングにおいて、温度は計測に影響を与えるため、この点を考慮することが必要です。また、最近、画期的なセンサーが開発され、これがIoTの世界に多大な影響を及ぼす可能性が出てきました。

 その一例がMEMS加速度センサーです。これらのセンサーは複数の軸で振動を検出する基礎をなすもので、ドローン、携帯ゲーム機、カメラなどのシステムを安定化させます。振動は、個人の健康を測定する健康測定機器にも利用されています。健康/フィットネス用ウェアラブルセンサーは、常時オンにして、ランニング、サイクリング、ウォーキングなどの際に身体の動きを高い精度で検知する必要があります。検知されたデータは解析され、さまざまな携帯用の健康/フィットネスアプリケーションにリアルタイムで送信されます。

 加速度センサーを例にとると、IoTデバイスに何を期待すればよいでしょうか? また、より正確な測定にどのような価値があるのでしょうか?

 まず、低消費電力を考慮します。3軸MEMS加速度センサーの中には、出力データレート100Hzで消費電流が2μA未満という低消費電力のセンサー、例えば、Analog Devicesの「ADXL362」などがあります。この加速度センサーはモーショントリガーのウェークアップ・モードもあり、同モードの消費電流は270nAになっています(MEMS加速度センサーは加速度の静的な力または動的な力を計測するものです)。こうした低消費電力の加速度センサーにより、バッテリーの長寿命化が可能になります。

 次に、帯域幅と分解能を考慮します。先に例に挙げたADXL362では、入力信号のアンダーサンプリングにより生じる折返しはなく、低ノイズで全てのデータレートでセンサーの全帯域幅をサンプリングできます。こうした加速度センサーにより、小さな信号でも計測が可能になります。

データ品質向上の重要性

 しかし、このような高精度計測にどのような価値があるのでしょう? そしてなぜそれが重要なのでしょうか? 低ノイズ、低ドリフト成分によってセンサー能力が向上し、ダイナミックレンジを拡大できます。これにより、さらにさまざまな微小信号をこのハードウェアで計測できるようになります。

 これにより、エンドシステムは、さらに正確で感度が高く、差別化されたものになります。精度が向上することで、現在および、未知の計測ニーズにも対応でき、将来に対する余裕係数が取れるプラットフォームハードウェアの開発が可能になるのです。

 このために、同じハードウェアを何世代もの製品に使用でき、特にハードウェアの交換は困難で費用がかかることから保有コストを低減できるという付帯効果も得られます。このことは特にIoTについていえますが、センサーとそれに付随するハードウェアの数が爆発的に増加すると見込まれるからです。調査会社のGartnerによれば、2020年までにインターネットに接続されるデバイスは260億台を超える見込みです。これは相当な接続数です。

 さらに、ワイヤレス接続の利点により、IoTのシグナルチェーンでの使用が進むにつれて、各種ユニットは次第に工場のような人の手の届きにくい過酷な環境に置かれるようになります。最後に、もう1つ考慮すべき要素として、排ガス、電力使用量、環境制御を含む複数の市場にわたって政府の規制がますます厳しさを増すことが挙げられます。計測システムの向上によって将来を先取りしようとする考えが生まれ、既存のハードウェアのままでさらに高精度な測定を求めるこうした新たな規制や規制変更に対応できるようになるのです。将来の新たな計測ニーズに応えられるか否かが、熾烈な競争が繰り広げられるIoT市場で生き残られるのかどうかの分かれ道になるでしょう。

 したがって、安定した高精度のハードウェア計測プラットフォームの重要性は強調し過ぎることはありません。そのようなプラットフォームを導入すると、ソフトウェアによりシステムの差別化を図ることができます。IoTでは、このような能力こそが競争市場において企業が自社をいっそう差別化できる領域であることが判明しつつあります。また、いかなるシステムもアップグレードがさらに容易で単純になり、リアルタイムで可能となります。

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