IoTセンサーが産業を変革：害虫駆除から気候監視まで

駆除業者が温度センサーを使ってトコジラミを駆除していると話すと、人々は疑問を持ち、もっと知りたくなります。ゴミ処理場、昆虫学研究室、バナナ熟成管理者がセンサーデータを用いて業務を自動化・最適化していると話しても、同じ反応を得られます。

センサーと、それらが活躍する幅広い用途について語るとき、そんな風になります。COVID-19ワクチン保管温度の分析から、熱帯魚養殖場の水温監視まで、一見奇妙に聞こえるこれらのセンサー応用の成功は、Internet of Things（IoT）を実現する人々に大きく負っています。

急速に進化するIoTセンサー応用を見逃すな

エンジニアからビジネスマネージャー、生産ライン作業者まで、誰もが革新的なセンサー応用アイデアを強力なIoTソリューションに変えることができます。IoT技術は開発が速く、市場投入が早く、しばしば裏方で動作するため、見落としがちです。

センサーは産業変革イノベーションを生み出し、ビジネスクリティカルな活動を合理化し、すべて有利なROIで実現します。温度、湿度、振動、圧力、空気質、電力使用、動き、水など、ほぼすべてを測定するセンサーがあります。IoTセンサーは、機械メンテナンス予測、フィールドサービス最適化、ユーティリティ効率向上、精密灌漑、ワクチン有効性維持、工場生産自動化など、あらゆる場面で活躍しています。

ほとんどのIoTセンサー応用やユースケースは、「IoTをどう使ってこの問題を解決できるか？」という単純な疑問から始まります。あるいはより創造的に、「このモノをどうすれば私たちに語らせられるか？」と問いかけます。そこから、データ駆動型ソリューションのための最適なIoTセンサーを設計する競争が始まります。それがセンサーのすることです。重要なモノを「喋らせる」のです。センサーは、あらゆる業界の幅広い問題を解決するための実行可能なデータを提供します。

センサーがIoTをあなたのために動かす

センサーはIoT方程式における必須の（そしてしばしば見過ごされる）変数と言えます。IoTを機能させるには、何かをセンシングする必要があります。

はい、センサーからゲートウェイ、クラウドへの接続による乗算効果によるデータ分析が必要です。しかし、センシング、測定、監視こそが産業アプリケーションを知的かつ革新的にするのです。センサーがビジネスのためにIoTを活性化させます。

「IoT」という用語が日常会話で使われる前は、組み込みシステムやMachine-to-Machine（M2M）通信について語り、多くの業界でそれらを活用していました。今はIndustry 4.0の時代で、継続的なIoT進歩による高速データ処理と分析を用いた驚異的な自動化が見られます。

この有望な革命は、普及したIoTと産業用IoT（IIoT）の両方の利点を享受する準備ができた企業向けに、多くの新しいIoTセンサー応用を支えています。Industry 4.0とIIoT応用の人気上昇、自動化とロボティクスへの需要増大が、センサーマーケットプレイスの指数関数的成長を牽引しています。

しかし、どんなセンサーでも良いわけではない

最も大きな影響を与えるセンサーは、アジャイルなプラットフォーム上に構築され、エンタープライズ、商業、産業の複数環境で効果的です。汎用性の高いセンサープラットフォームがあれば、グローバルな相互運用性が得られます。長距離・マルチ周波数無線と柔軟なマイクロコントローラーがあれば、ほぼあらゆる業界アプリケーション向けにセンサーを迅速に導入できます。

デジタル制御システムが進歩し全体的な熟練度が高まるにつれ、ユーザーはセンサーの信頼性、到達距離、応答時間、電力、耐久性、統合容易性、通信能力の向上を求めています。究極的に、理想的なセンサーの主な特徴は：

• 設置と使用の容易さ
• 低消費電力
• 多様な形状と機能
• 低コスト

センサーは、幅広い環境と状況で設置・使用が容易でなければなりません。理想的にはセンサー設定に約15分かかり、以下のようにシンプルであるべきです：

• 制御または監視したい対象に取り付ける、または近くに配置する
• 電源に接続してオンにする
• スマートフォンやコンピューターで素早く設定する

通信が必要な時だけ動作するセンサーは最小電力で済みます。これがセンサーが10年以上のバッテリー寿命を達成する仕組みです。最も電力を消費するセンサーでも、最新バッテリー技術や太陽光・圧電などの周辺エナジーハーベスティング技術、またはそれらの組み合わせでバッテリー寿命を延ばせます。

遠距離無線範囲と周波数ホッピング拡散スペクトラム（FHSS）は、センサーの信頼性を大幅に高めます。物理的障害物、外部無線RFシステム、電磁干渉（EMI）に対する耐障害性が強化されます。

センサーの物理的堅牢性は極めて重要です。複数環境への配置、多様な産業用途、様々な複雑な状況に対応しながら、必要な重要データを収集・保存・送信できるだけの柔軟性があるか。さらに、堅牢なセンサーは最も安価で最良な保険、つまり予防を提供します。センサーは施設・製品損傷や資産ダウンタイムなどの問題を防止できます。システムや機械が故障し始めた段階で検知でき、問題がまだ安価に対処可能なうちに対応できます。

リスク排除でセンサーデータを安全に

あなたのセンサーはアンハッカブルですか？Diffie-Hellman鍵交換アルゴリズムと128ビットAES（Advanced Encryption Standard）CBC（Cipher Block Chaining）対称鍵暗号を用いた暗号化機能を含むセンサーシステムは、送信データを侵害から保護できます。また、センサーネットワークに接続されたWebサーバーとブラウザを保護するために、TLS（Transport Layer Security）暗号化を使用できます。

これらのデータ暗号化標準に加え、センサーには追加のセキュリティレイヤーが必要です。完全なセキュリティのために、256ビットSHA-3（Secure Hash Algorithm 3）による認証レイヤーを追加し、データ生成から消費までを保護できます。

256ビットSHA-3認証は、ユニークなグローバルキーまたはフィンガープリントでセンサーデータを保護します。このデータ認証には、ソフトウェアまたはアプリケーションレイヤーでのソース生成データ検証が含まれます。センサーがデータを送信すると、自動生成された認証トークンが同伴します。ソフトウェアがデータを受信すると、トークンがカスタムセンサー秘密鍵を用いた暗号学的ハッシュ関数で分析されます。これにより、センサー、ゲートウェイ、ネットワーク、ネットワークコントローラー、クラウド間など、すべての通信ポイントでセキュリティが維持されます。

究極的には、これらの暗号化と認証レイヤーが組み合わさって強力なセンサーセキュリティプラットフォームを形成します。あなたのセンサーがこのようなエンドツーエンドのIoTデータセキュリティプラットフォーム内で完全にロックされているなら、言うことなしです。

センサーのブームがデータ駆動型意思決定の恩恵に

センサーが数十億の接続デバイスへと成長を続ける中、企業は数十億、それ以上のデータポイントに圧倒されかねません。センサーがパラメータ変更時のみ定期的にデータを送信する場合も、データセンター、クラウド、ネットワークエッジでの処理のためにリアルタイムストリームで送信する場合も、潜在的に前例のない量のデータを理解するために汎用性の高いソフトウェアプラットフォームが必要です。

センサーの主なメリットは、データ収集能力だけでなく、アジャイルなデータ分析を活性化することにもあります。センサー管理、データ集約・保存、アラートを、分析ソフトウェア統合用のカスタマイズ可能なAPIを備えた単一のクラウドベースまたはオンプレミスプラットフォームに統合することが、迅速なデータ駆動型意思決定の鍵となります。

未来予測：センサーの明るい未来

エンジニアが今日想像するセンサーは、未来の新たな洗練されたアイデアの創造に役立つよう進化します。かつて未来技術だった人工知能（AI）や、仮想・拡張・複合現実のスペクトラムが、仕事と私生活の多くの側面で主流になりつつあるのを見てきました。

センサーはこれらの進歩の応用において極めて重要な役割を果たします。センサーは、5G、AI、コンピュータビジョン、センサーフュージョン、マルチアクセスエッジコンピューティングによって燃料される、近未来の超高速データ処理と分析を支えるでしょう。スマートシティからスマートファクトリー、スマートカーまで、あらゆるものの成長とこれらの革新により、センサーがまだ考えられていない用途に向けて進化し続けることは容易に予測できます。

• フレキシブルなプラグアンドプレイセンサーが、例えば土壌水分と温度の二パラメータ測定だけでなく、形態と機能の新基準を打ち立てる
• 一つの汎用センサーシステムで多くの条件をセンシングし、多くの遠隔監視ソリューションに対応する革新が続く
• センサーとAIによる産業制御自動化が、製造プロセスの革新的機会を創出し続ける
• 衛星通信とGPSの進歩が、超遠隔地での資産監視をセンサーで改善する
• センサーのエネルギー源が、バッテリー進歩と自己給電・エナジーハーベスティングオプションで改善する
• センサーが無線ネットワークにより完全に統合されハードウェア構成を置き換えるにつれ、コストと消費電力の削減が見込まれる

センサーがこのIndustry 4.0時代そしてその先を継続的に変革し続けることは間違いありません。

本記事は、Monnit創業者兼CEOのBrad Walters氏によって執筆されました。詳細については、同氏までお問い合わせください。