IoTと無線センサーとの関連性とは？振動発電デバイスの仕組みなども解説

IoTはモノが通信を行う技術をさす言葉であり、多種多様な業種業態で活用されています。さまざまなモノにセンサーを装着し、ネットワークに接続することでよりスムーズな情報の交換が可能です。しかし、無線センサーを導入する際には課題があるため、振動発電デバイスを組み込むなどの対策が必要といえます。

本記事では、IoTと無線センサーとの関連性、IoTにおける無線センサーの課題や解決策、振動発電デバイスの仕組みについて説明します。

IoTと無線センサーとの関連性

IoTはセンサーとネットワーク、クラウドで構成され、人手に頼らずデータを集める仕組みです。こうしたデータの送受信の際には、無線通信技術が必要不可欠です。IoTはそれぞれの使用環境等に応じて、適切な通信方式が取られています。

IoTとは

IoTはインターネットを経由し、モノが通信を行う技術です。従来ではパソコンやサーバーなどのIT機器関連でしか情報のやり取りが行えませんでした。しかし、IoTを活用すれば、モノ同士での情報交換ができるなどさまざまな機能を持たせられます。

また、人に関するデータなどあらゆる情報を収集でき、収集されたデータに関しては、ビッグデータとして管理・分析が行われ、さまざまなシーンで活かされています。

IoT活用で実現可能な機能

IoTを活用することで、次のような機能を実現可能です。これまで活用できなかったデータを活かせるようになるため、新事業の検討やサービスのアイディアを得ることにも役立ちます。

●モノの操作
離れた場所にあるエアコンやドアなどのモノを操作することが可能です。例えば、スマホなどのデバイスを使用し、自宅にあるエアコンや照明などの家電を外出先から操作できます。エアコンの場合、電源の操作だけでなく温度・風量など細かい設定まで調整できるものもあります。

●モノの状態を知る
照明の状態やエアコンの温度を遠隔地からでも把握可能です。また、ユーザーの利用頻度や利用時間といったビジネス領域でも有意義な情報を直接入手できるため、取得したデータを商品改善や開発に活用できます。

●モノの動きの検知
モノや人の動作を検知するセンシング技術とIoTの組み合わせは、さまざまな分野で活用されています。例えば、バスや電車などを待っている乗客が公共交通機関の混雑状況をリアルタイムで把握できます。そのため、何か異常があるといった場合でも、状況をすぐに把握でき、適切な対応を素早く行うことが可能です。

●モノ同士での通信
インターネットに接続したモノ同士で通信する機能では、スマートビルディングが有名だといえるでしょう。自動制御でエネルギーの消費を抑えられることに加え、入退場の管理などでも活用が期待できます。

IoTはさまざまな分野で導入されている

IoTが導入されている分野として医療・物流・製造業・農業・交通などがあります。それぞれの業界における活用方法をご紹介します。

医療分野では、ウェアラブルデバイスで患者の生体データを計測、データ化してリアルタイムで医師に共有されるため、遠隔地の患者のモニタリングが可能です。異常を検知した際の診断・処置がスムーズに行えるなど、在宅医療支援や医師不足問題の改善に結びついています。

物流業界では入荷から出荷までの倉庫作業、配送作業にIoTを活用したシステムが導入され、業務の効率化に貢献しています。IoTを活用したオートメーション化が増加傾向にある製造業で期待されているのは、生産性や設備稼働率の向上、設備故障による被害の軽減です。

農業ではセンサーが感知したデータをもとに、水やり・肥料散布の自動化が可能です。また、遠隔でのハウス内の温度・空調調節ができるなど人の労力を省きながら生産性の向上を実現できます。

交通ではIoTの導入で、電車やバスの遅延状況・情報をリアルタイムで把握できるため、自分に適したルートを選んで移動可能です。このようにさまざまな分野で導入されていることから、今後も導入が進んでいくでしょう。

IoTにおける無線センサーの役割

IoTではさまざまなモノに無線センサーを組み合わせることで、ネットワークに接続できます。そのため、無線センサーは仕組みを構築するために必要だといえます。

さまざまなデータを取得できる無線センサーが存在しているため、どのようなデータを取得するか、どのように活用するかを考慮しながら適切な無線センサーを選びます。

IoTにおける無線センサーへの課題

ここからは、IoTにおける無線センサーの課題についてみていきましょう。導入の際には課題の解決が大きなポイントとなるため、対策を事前に行っておくことを推奨します。

通信速度や通信切れへの対策が必要

IoTを活用する場合、通信を行う端末が増加します。通信を行う端末が多いほど通信負荷が増大するため、従来のネットワークシステムでは対処が難しい状況です。 そのため、場合によっては、通信速度の遅れや通信切れなどのリスクが高まることが懸念されています。IoTの導入や開発を検討する際には、通信速度や通信切れへの対策が必要です。

センサーへの電源供給の問題

センサーや通信用デバイスには必ず電力が必要です。デバイスは小型で軽量のモノが多く、電源の設置が難しい場所に取り付けられ、遠隔操作になる傾向です。そして、無線通信の消費電力は、距離が離れるほど大きくなります。

そのため、電源供給ができる仕組みを導入前に作っておく必要があります。

IoTにおける無線センサーの課題の解決策

ここでは、IoTにおける無線センサーの課題の解決策についてみていきます。解決策を実施すればトラブルが起きにくくなるため、有効に活用できます。

通信に関する解決策

通信に関する解決策として、5GやLPWAなどが挙げられます。5Gの特徴は、高速・大容量、高信頼度・低遅延、多数同時接続などです。そのため、画像データの高速転送、センサーの集中配置、モノのリアルタイム制御などIoTネットワークに求められる要素をカバーできます。

LPWAはIoTに特化した通信規格で、低消費電力、長距離・広範囲通信が特徴です。5Gよりも通信速度は劣るものの、通信コストを低くできます。低消費電流であるため、データ転送量が少ない小型センサーを電源の確保が困難な環境下でも長時間稼働させられます。

5GやLPWAなどを使用環境や使用状況に合わせて併用・活用することで、無線センサーの通信遅延や通信切れなどのリスクを軽減できます。

電源供給の解決策

無線センサーに電源供給する手段の一つとして、環境発電が有効です。環境発電を利用することで、電源の確保、電池やバッテリー交換の手間などを省けます。環境発電では、光や熱、振動などのエネルギーを電気エネルギーに変換します。

また、振動であれば、振動発電デバイスの採用によって電力問題を解決可能です。振動デバイスは機械や建築物、モノが動いたときに発生した振動エネルギーを電力とすることが可能です。

振動発電デバイスの仕組みとは

振動発電デバイスの使用は、無線センサーの電源供給の問題解決につながります。Orbrayが提供している振動発電デバイスは振動発電の技術を活かし、自己発電で得られた電力でIoTセンサー機器を動かせます。

また、多様な振動源に対応しているため、ご依頼者様の仕様に合わせたカスタムも可能です。

IoT無線センサーの活用に向けて

IoTを活用することで、モノの情報を知れるなどさまざまなメリットがあるため、数多くの分野で導入が進んでいます。

しかし、IoTの仕組みを構築する際に、重要な役割を果たす無線センサーを有効に活用するためには、通信速度や電源供給といった課題への対処が必要です。通信は5GやLPWAなどの利用、電源供給は振動発電デバイスを利用するなど課題を解決しながらIoTを有効活用しましょう。

IoT向け振動発電デバイス | Orbray株式会社

環境発電/エナジーハーベスタによる無電源でのソリューション

 https://orbray.com/ehiot/batteryless_device.html