家電も車も工場の機械も、あらゆるモノがネットにつながる「IoT」の時代。IoTを支えるセンサーとアクチュエータ、通信技術、そしてその土台となる組込みシステムまで。身近な例とセットで、試験に出る用語を一気に整理します。
IoTの基本フローと入出力
小夜川 ほのか
IoTって、声で動くスマートスピーカーとか、スマート家電のことですかぁ?
紫垣 こはる 先生
いい入り口ね。
それも立派なIoTよ。
IoTは『モノのインターネット』。
家電や車、工場の機械みたいな身近なモノにセンサーと通信機能を付けて、ネット越しにデータを集めたり動かしたりする仕組みなの。
星見 めい
へぇ。
今までネットにつながってたのはパソコンとスマホくらいだったのに、冷蔵庫までつながる時代ってわけね。
蜂谷 まこと
まさにそこが要点です。
IoTの流れは『感じて → 送って → 考えて → 動かす』の4段階で整理できます。
担うのがセンサー(感じる)、ネットワーク(送る)、データ分析システム(考える)、そしてアクチュエータ(動かす)です。
小夜川 ほのか
センサーとアクチュエータ…名前が似ていて、どっちがどっちか混ざりそうですぅ。
紫垣 こはる 先生
ふふ、ここはきっちり区別したいところね。
センサーは『現実 → 電気信号』の入口、アクチュエータは『電気信号 → 現実の動き』の出口。
エアコンでいうと、温度を測るのがセンサー、風を送るファンを回すのがアクチュエータよ。
星見 めい
あー、なるほど。
センサーが『目や耳』で、アクチュエータが『手や足』ってことか。
蜂谷 まこと
その例えはわかりやすいです。
センサーには温度・湿度・光・圧力・加速度・GPS・ジャイロ・音・カメラなど多くの種類があって、スマホ1台にも10種類以上が入っています。
小夜川 ほのか
スマホって、そんなにいろいろ感じ取ってたんですねぇ…知らなかったですぅ。
IoTの通信方式とクラウド・エッジ
星見 めい
ねえ先生、データを送るって言うけど、冷蔵庫やセンサーをいちいちWi-Fiにつなぐのって大変じゃない?
紫垣 こはる 先生
そこで通信技術を使い分けるのよ。
広い範囲に少しのデータを省エネで飛ばしたいならLPWAが向いているわ。
電池1本で何年も動かせるのが強みなの。
蜂谷 まこと
補足すると、近距離はBluetooth、家やオフィス内はWi-Fi、大容量・低遅延なら5G、といった具合に用途で選びます。
LPWAは『遅いけど省エネで遠くまで届く』のが特徴で、速度重視の5Gとは逆方向の技術ですね。
星見 めい
省エネで遠くvs速くて大容量。
完全に役割分担じゃん。
小夜川 ほのか
あの…集めたデータって、ぜんぶ遠くのクラウドに送って考えるんですかぁ?
紫垣 こはる 先生
いい疑問ね。
全部送ると時間も通信量もかかるでしょう?
だから機器のすぐそばで処理してしまうエッジコンピューティングという考え方があるの。
自動運転みたいに一瞬の遅れも許されない場面で効くわ。
蜂谷 まこと
対比で覚えると整理しやすいです。
遠くのクラウドにまとめて送るのがクラウドコンピューティング、現場の近くで素早くさばくのがエッジコンピューティング。
エッジは『低遅延・通信量の節約』が利点です。
組込みシステムとリアルタイム性
星見 めい
ところでさ、その『考えて動く』機械の中身ってどうなってるの?
パソコンが入ってるわけ?
紫垣 こはる 先生
パソコンそのものではなく、組込みシステムという専用のコンピュータが入っているのよ。
炊飯器・エアコン・自動車・医療機器・工場の制御装置など、IoTを支える土台なの。
小夜川 ほのか
組込みシステムと、普通のパソコンって、どこが違うんですかぁ?
蜂谷 まこと
パソコンは何でもこなす万能型ですが、組込みは『この機器のこの仕事だけ』に特化しています。
だから省電力・低コストで、決められた時間内に必ず処理を終えるリアルタイム性が重視されます。
星見 めい
リアルタイム性って、要は『遅れちゃダメ』ってこと?
紫垣 こはる 先生
そう。
たとえば車の衝突時にエアバッグが0.0何秒で開かなければ意味がないでしょう?
ああいう用途には、時間厳守を保証するリアルタイムOSが使われるのよ。
小夜川 ほのか
へぇ…縁の下で時間を守ってくれてる小さなコンピュータがいたんですねぇ。
IoTセキュリティと代表的な活用例
蜂谷 まこと
そして組込み機器も外と通信するようになり、IoTの一部になりました。
ただし便利になるほど、外から乗っ取られる危険も増えます。
だからIoTセキュリティが近年の重要テーマです。
星見 めい
確かに、ネットにつながる冷蔵庫がハッキングされたらヤバいもんね。
マジか…。
紫垣 こはる 先生
そのとおり。
初期パスワードのまま使ったIoT機器が乗っ取られて攻撃に悪用された事例も実際にあるの。
便利さと安全はセットで考えるのが大事ね。
蜂谷 まこと
応用分野も広がっています。
IoTとAIを工場に取り入れたスマートファクトリーは、製造業の革新をめざす第4次産業革命(インダストリー4.0)の中核ですね。
小夜川 ほのか
工場だけじゃなくて、街全体とか農業でも使われてるって聞きましたぁ。
紫垣 こはる 先生
よく知っているわね。
街ならスマートシティ、車ならコネクテッドカー、農業ならセンサーで土や天気を測るスマート農業。
生活のいろんな場面に広がっているの。
星見 めい
農業までIT化か。
畑にセンサー刺して、ドローンで様子を見る、みたいな?
なんか未来っぽくて面白いじゃん!
蜂谷 まこと
その通りで、収穫量予測や病害虫の検知まで自動化が進んでいます。
関連で押さえたいのがデジタルツイン。
現実をそっくりコピーした『デジタルの双子』で、壊さずに試せるのが利点です。
小夜川 ほのか
現実の双子をパソコンの中に作る…なんだか不思議で、ちょっとワクワクしますぅ。
紫垣 こはる 先生
ふふ、最後に整理しましょう。
IoTは『感じる(センサー)→送る(通信)→考える(分析・エッジ)→動かす(アクチュエータ)』の流れ。
その動く機器の土台が組込みシステムで、特徴はリアルタイム性・省電力。
応用はスマートファクトリーやコネクテッドカー、キーワードはデジタルツイン。
この骨組みで覚えれば、用語はちゃんと収まるわよ。
確認クイズ
IoTで、電気信号を受け取って物理的な動作(モーターの回転やバルブの開閉など)を行う装置を何と呼ぶか。
- センサー
- アクチュエータ
- ゲートウェイ
- エッジコンピューティング
こたえを見る
正解: 2. アクチュエータ
正解はアクチュエータ。電気信号を受けてモーターやバルブなどを動かす『出口』の装置です。逆に温度や光などの物理現象を測って電気信号に変える『入口』がセンサーなので、向きが反対です。ゲートウェイは通信を中継・変換する機器、エッジコンピューティングは現場の近くでデータを処理する方式であり、いずれも物理動作を行う装置ではありません。