世界をつなげる高度なセンサ

世界中でつながり、インテリジェンス、自動化が加速する中、センサの役割は拡大しています。 センサは、医療や農業から製造、通信、ビル システム、交通に至るまで、ほぼすべての業界で環境から情報を収集してそれを有益なデータに変えるという重要な仕事をしています。

ただし、あらゆるアプリケーションが価値あるデータを提供するためにセンサを必要としています。つまり、エンジニアは、位置、速度、振動、圧力、温度、湿度、流体などの状態をより正確に検出するセンサを開発するために絶えず革新を続けなければなりません。また、センサが組み込まれる機器がますます増えていることから、小型化、堅牢性の強化、信頼性の向上が重要なトレンドになっています。  

TE Connectivity は、自社のコネクティビティ製品と密接に連携するセンサを生み出しており、さまざまな業界に内在するイノベーションの需要に対して独自の洞察眼を持っています。私たちはこれまでセンサが人々の生活を改善した例を数えきれないほど見てきましたが、ここではその中でも特に興味深い開発をいくつか取り上げます。 

現在、世界中の数百万の人がヘルス トラッカーやフィットネス トラッカーを手首に装着しています。この事実を見るだけで、小型の高性能センサが医療技術をどれだけ進歩させているかがわかります。 しかし、最も重要なイノベーションのいくつかは、低侵襲手術のような専門的な分野で起こっています。

センサは、施術者が患者の体内で機器を安全に操作するために必要なフィードバックを提供するうえできわめて重要です。荷重センサは切断ツールが今人体組織に触れていることを手術チームに正確に伝え、温度センサはレーザー手術中に周辺組織が損傷しないよう保護する助けとなります。圧力センサは、ガスが手術の重要な一部を成す場合に、傷つきやすい身体部位の制御を可能にします。

角膜を小さく切開してそこから曇った水晶体を除去する白内障手術について考えてみましょう。眼の損傷を防ぐため、ちょうど適正な量の圧力をかけることが不可欠ですが、そのためには圧力をきわめて正確に測定するセンサが必要であり、それが超小型パッケージに収まっている必要があります。今日の高度なセンサは、低侵襲手術器具に求められる小型化と高性能のバランスを取ります。

センサ技術の向上は、従来の医療処置や測定の方法も一新しています。たとえば、血圧と心拍数の測定は、診療所や病院に行くとほぼ必ず行われますが、多くの場合、これらの測定には看護師が必要です。今日の高性能圧電フィルム センサは非常に感度が高く、患者の脈拍と呼吸数を接点から記録することができます。これらのフィルムを診察室のテーブルや待合室の椅子に組み込んでおけば、患者は病院に入ったときから自動的に自分のバイタル サインを測定できるため、患者の利便性が向上し、医療従事者にとってもデータ収集が容易になります。

インテリジェント ファクトリに向かう産業界の動きを受けて、センサの役割は一層拡大し、収集されるデータ量も増えています。 数十年の間、産業機械はセンサを利用して、位置やトルクのような動作変数や、信頼性の高い性能に不可欠な振動、温度、流体特性を測定してきました。しかし、機器の故障を避けるには計画的なメンテナンスが必要であり、その間は重要な設備がオフラインになって生産速度が落ちました。

工場所有者の観点から見ると、機械のメンテナンスが必要なタイミングが正確にわかれば、稼働時間を最大化するのに役立ちます。今では、機械の性能を監視し、過剰な損耗の発生や故障のリスクを検知して作業員に注意を喚起するセンサ システムのおかげで、予知保全が可能になっています。

温度や振動などの変数はしばしば、機器に負荷がかかっている可能性を示します。たとえば、温度センサや振動センサからの出力を受け取って現在のレベルを過去のパターンと比較すれば、機械の動作が安全範囲から外れる時期を判断できます。この分析に必要な計算はセンサに搭載されたマイクロプロセッサが行い、メンテナンスの時期が来ると自動的にアラートを出します。また、このプロセスをさらに一歩先に進めているメーカもあります。そのようなメーカは、予知保全以外に機器の性能を最適化する機会がないか調べるため、センサと有線または無線接続を組み合わせて機器の稼働データをクラウドに送信し、クラウド上の機械学習または人工知能を利用してメンテナンスの必要条件を超えた潜在的要因を探っています。 

おそらく、センサ技術に対する最も大きな期待は—最大の課題でもありますが—完全自動運転車の開発でしょう。 センサは既に、運転手がまったく意識していない場所も含め、現代の車両のあらゆるところに存在します。TE は、電気自動車 (EV) のモータやバッテリーの性能を監視するセンサ、内燃機関用のオイル特性センサ、空調ユニット用の湿度センサなど、ほぼあらゆる種類のシステム向けのセンサを幅広く提供しています。

それでもなお、メーカや消費者は、自動運転機能を実現するイノベーションを期待しています。米国自動車技術者協会の定義によると、自動運転レベルは 6 段階に分けられます。たとえば、レベル 1 は基本的な車線維持アシストと適応走行制御、レベル 2 は駐車支援と衝突防止です。これらのシステムは既に普及しており、多くの車両が光センサを利用して低速での衝突可能性の検知や走行時の車線の維持を行っています。しかし、完全自動運転車 (レベル5) に要求される技術はこれらをはるかに上回ります。

運転手が一切介入せずに走行する車両には、周囲の状況を検知する 360 度の視界と、それらのシグナルの意味を解釈し、速度、天候、周囲の障害物などの条件を考慮して適切なアクションを計算する能力が必要です。そして、それらの計算を数ミリ秒で行う必要があります。

このようなシステムを可能にする基本的なセンサ技術は既に存在します。真の難題は計算能力です。どうすれば、環境から受け取ったデータに基づいて行動を判断できるほど高度な車両インテリジェンスを設計できるのでしょうか。人間の行動も、自律車両にとってのもう 1 つのハードルです。多くの運転手がハンドルを持たずブレーキも踏まなくてよい運転という考えに順応する、あるいは、あまりにも居心地が良くて運転席で居眠りしてしまうようになるまでには、相当長い時間がかかります。

こうした理由から、私たちは完全自動運転車の実現はまだ遠い先だと考えています。それまでの間、TE は自動車業界のお客様と協力しながら、光センサの改良による夜間の視界の向上、センサ コンポーネントに価値を付加する処理能力の搭載、当社センサ製品と有線または無線高速データ通信との統合といったお客様のセンシング要件に応えることに尽力します。そして、テクノロジー プラットフォームの一部としてのセンサについて考え、それらのシステムに価値を付加する方法を探し続けることにより、いずれ完全自動運転車を可能にする計算能力が現実のものとなり、完全自動運転車の世界が人々に受け入れられるときに備えて、センシング技術や接続技術をすぐに提供できるよう取り組んでいきます。