ユビキタス時代のプロダクトイノベーション

1. ユビキタス時代のプロダクトイノベーション ―　センサネットワーク技術をベースにして　― 東京大学名誉教授 東京理科大学大学院総合科学技術経営研究科 研究科長 精密工学会会長 NPO法人　ウェアラブル環境情報ネット推進機構　理事長 板生　清 e-mail : itao@npowin.org http://www.npowin.org

2. 内 　 容 Ⅰ．「ネイチャーインタフェイス」　　 　　　コンセプトの提唱 Ⅱ．このコンセプトをいかに実現するか 　　　技術のトレンド Ⅲ．ここから出てくるプロダクトイノベーションの数々 Ⅳ．快適・安全・安心な社会に向けて

3. Ⅰ．「ネイチャーインタフェイス」　 　　　　　　　コンセプトの提唱

4. 地球環境と人間と人工物 宇宙 生物系 地球 Nature Hemisphare 生物 タ イ ン ー フェ チャ イス ネイ Human Being ネイチャーインタフェイス ネイチャーインタフェイス 人間 イス （バイオ） ヒュー （脳科学） フェ 技術 ビット マン インタ ・マテリアル） アトム 技術 （情報） （新素材） （通信） （エネルギ （エネルギ） （コンピュータ） マイクロセンサ インタネット 情報マイクロシステム 人工物系 Artifacts Hemisphare

5. Artifical Sphere Nature Sphere 宇　宙 宇　宙 (Technosphere) (Biosphere) 地　球 地　球 生　物 生　物 人　間 人　間 人工物 人工物 人工物の巨大化 環境順応時代 環境破壊の時代

6. 情報通信システム 自然界の発信する情報 人工物の発信する情報 ネットワークシステムの現状

7. 情報通信システム 自然界の発信する情報 人工物の発信する情報 センサ通信による環境ネットワークシステム

8. 自然環境 ・環境モニタリング ・動物活動モニタリング 生活環境 ・汚染モニタリング ・快適度モニタリング 生産環境 ・故障予知･診断 ・エネルギー制御 人間環境 ヘルスケア 生体情報モニタリング 交通環境 ･自動運転 ・高度安全化 防災環境 ・河川水位モニタリング ・ダム強度モニタリング 農業環境 ・育成モニタリング ・温室制御 ネイチャーインタフェイスの世界

9. ネイチャーインタフェイサの構成

10. ﾓﾊﾞｲﾙ通信からセンサ通信へ

11. ネイチャーインタフェイサの利用形態

12. 自然環境 ・環境モニタリング ・動物活動モニタリング 生活環境 ・汚染モニタリング ・快適度モニタリング 生産環境 ・故障予知･診断 ・エネルギー制御 人間環境 ヘルスケア 生体情報モニタリング 交通環境 ･自動運転 ・高度安全化 防災環境 ・河川水位モニタリング ・ダム強度モニタリング 農業環境 ・育成モニタリング ・温室制御 ネイチャーインタフェイスの世界

13. 通信､コンピュータと実世界を結ぶリンク

14. インターネットの発展

15. Ⅱ．このコンセプトをいかに実現するか 　　　　　　　　技術のトレンド （ⅰ）　マクロな視点

16. コミュニケーションの歴史

17. １８３７年　（米）　モールスが電信機を発明１８３７年　（米）　モールスが電信機を発明 １８４４年　（米）　信号機の実用化 　　　　　　＜今日の情報化社会の基礎を築く＞ １８７６年　（米）　ベルが電話機を発明 １８９５年　（伊）　マルコーニ、無線電信機を発明 １９２０年　（米）　ピッツバーグでラジオ放送が始まる １９２８年　（英）　カラーテレビ実験に成功 ▽以下、日本 １９５３年　テレビ放送開始 １９６０年　カラーテレビ本放送が始まる １９６８年　ポケットベルサービスが登場 １９６９年　ＦＭ本放送開始 １９７３年　ファックスの全国サービス開始 １９８７年　携帯電話サービス始まる １９８９年　衛星放送の本放送始まる １９９０年代半ば～ 　　　　　　　インターネットが急速に普及 電気通信と放送の時代へ

18. IT革命を象徴する2つの逆転現象

19. 日本のデータ通信量

20. ＩＴの進化 屋外空間 屋内空間 自動車空間 服空間 存在空間の変化

21. Ⅱ．このコンセプトをいかに実現するか 　　　　　　　　技術のトレンド （ⅱ）　デバイス

23. 　ウェアラブルのルーツは時計にあり

24. ①　健康志向タイプ　（血圧測定，脈拍測定，カロリー計算などの機能）①　健康志向タイプ　（血圧測定，脈拍測定，カロリー計算などの機能） ②　ビジネス志向タイプ　（電話番号記録，ＦＭポケベルの受信機能） ③　アミューズメント志向タイプ　（振動ブースタを組み込んだ体感タイプのゲーム 機能） ④　アウトドア志向タイプ　（地磁気センサ，気圧センサ，水深センサ，温度センサ） ①健康志向タイプ (SEIKO：セイコーパルスグラフ） ②ビジネス志向タイプ（CASIO：テレメモ） ③アミューズメント志向タイプ （CASIO：サイバークロス） ④アウトドア志向タイプ（CASIO：プロトレック） 　微小情報機器への展開 Expansion for micro information system

25. 「時空計」の概念 ３次元位置センサ （GPS、平衡感覚センサ 磁気・ジャイロコンパス） 時計（GPS) 媒体可換メモリ （光グローブ 　　　　　メモリ） PHS 発電機 （ランダム振動発電） 音声入力 ディスプレイ ナビゲーション、３次元マウス 高精細動画記憶、データ通信 エネルギーフリー

26. バイオネットワークへ 身につける情報機器 人間の体がコンピュータに融合 「バイオネットワーク」時代の到来 （具体例） ・ データキャリアによる家畜管理 ・ 補聴器、人工内耳 ・ 人工臓器 ・ 体内埋め込みの血液センサ ・ 人間を電線代わりに使うデータ伝送 　「バイオネットシステム」に向けた次々世代情報機器の構成

27. 後頭葉に埋め込まれた 68個のプラチナ電極 サングラス ・テレビカメラ（右目） ・超音波センサ（左端） 2つのコンピュータへ 人工視力「ドーベルアイ」の仕組み

28. 俯瞰図１：重点化４分野 ライフサイエンス 4512億 超高速コンピュータ （ペタプロップスコンピューティング） 人工感覚 情報通信 2055億 遺伝子治療 俯瞰図１: 科学技術戦略的重点化４分野 五感ディスプレイ ゲノムネットワークの構築 並列コンピュータ (ULSI) ユビキタスメディカル ペタビット通信 分子イメージング ３次元ディスプレイ ユビキタス・ネットワーク ） テーラーメイド医療 ４Gネットワーク 再生医療 グリッド・コンピューティング 低侵襲医療 フォトニックネットワーク ドラッグデリバリー システム 量子デバイス 認証・バイオメトリックス 生体センサー 介護ロボット タンパク合成 高周波デバイス 単一分子デバイス 個人ゲノム の解明 電子タグ 光通信用デバイス （フォトニック結晶） 細胞培養の 自動化 デジタル運用 超大容量ストレージ 遺伝子組み換え食品量産 テーラーメイド医薬品 創薬プロセス 情報家電 食料大量生産 超高密度光メモリ リスクファク ター評価 半導体メモリ クローン技術 科学 技術 ITRS 45nm 25nm 15nm 健康長寿社会実現 ８０nm 遺伝子資源整備 地球温暖化防止 循環型社会形成 2005年 20１０年 201５年 20２０年 　共通基盤 （ナノインプリント） 二酸化炭素固定化 CO2排出削減量取引 リソグラフィ ナノシミュレーション MEMS 汚水汚泥と有機性廃棄物集約処理 SPM ＬＰガス自動車 ＬＰガス自動車 量子コンピュータ ディスプレイ 高度SPM 自己組織化 二酸化炭素分離保存 屋上緑化 分子メモリ リスクコミュニケーション メモリ 有機ＥＬ 原子分子計測 EUのRoSH指令対応技術 次世代光デバイス 量子l効果 デバイス 高信頼性構造材料 ヒートアイランドメカニズム 水環境での有害物質管理手法 太陽電池、有害物質除去、燃料電池 原子分子操作 PCB廃棄物処理 FRP船リサイクルシステム 新ナノデバイス（ＣＮＴ、 スピン，単電子，分子） ナノフォトニクス ガソリン車並電気自動車 バイオチップ 設計段階で の３R配慮 新ナノ材料（ナノガラス、 ナノメタル，ナノセラミックス ナノ合金，ナノ空間など） １００％生分解 プラスチック 環境 1493億 水素燃料エンジン車 DDS 　物質・材料技術 （革新的な物性､機能付与） 高温耐熱用合金材料 ナノ・材料 971億 バイオマス燃料対応自動車 ＮEMS 高強度耐熱セラミック材料 再生医療 バイオ分子デバイス 公共工事のゼロエミッション化 ナノバイオロジー 医療用極小システム

29. 俯瞰図２：その他 エネルギー 6327億 フロンティア （ロボット・宇宙 ・安全） （4298億） 俯瞰図2: 科学技術戦略的重点化その他２分野 新エネルギーの 高度化 ヒューマノイドロボット 太陽光利用の 水素生産プロセス メタン ハイドレート 海洋探査 ロボット 国際宇宙ステーション （内原子力3,029億） 小型・低コスト燃料電池 燃料電池・水素 製造供給システム 家庭用 ロボット ロケット・ 輸送システム 低コスト太陽光電池 クリーン・コール レスキュ ロボット 二足歩行 ロボット 惑星探査 固体高分子型 燃料電池 介護 ロボット 地球観測衛星 ・探査機 新エネルギー システムの高度化 燃料電池自動車 温室ガス 観測衛星 社会基盤・ 安全対策 社会セキュリティー 太陽光発電 システム 燃料電池 生活支援 ロボット 情報収 集衛星 ASTRO Ｅ-ＩＩロケット 核燃料サイクル・ 核融合 新エネルギー 評価・分析 ペット ロボット テロ・ 犯罪対策 安全な交通システム 太陽電池 第３世代原子炉 GPS 超高度防災支援システム 指紋認証 生体認証 第４世代原子炉 地球環境 情報ネットワーク 科学 技術 エコエネルギー エネルギーの高度化 技術革新 安全・安心な社会 2005年 20１０年 201５年 20２０年

30. ライフサイエンス 分野の技術展望

31. 情報通信 分野の技術展望

32. ナノテク・材料 分野の技術展望

33. 環境 分野の技術展望

34. エネルギー 分野の技術展望

35. フロンティア 分野の技術展望

36. Ⅲ． ここから出てくる 　　　　　　プロダクトイノベーションの数々

37. 将来展望　[　医療・福祉　] 【２００７年】 　家庭のセンサー、心電計などによる健康調査と病院などとの連携で、 日常的な健康管理と、病院への緊急通報ができる。 　高齢者の監視、異常時の通報、寝ているか倒れているかの判定などができる。 【２０１０年】 　外出先のどこででも健康管理ができる。センサーと無線を使う健康状態モニターが 整備される。健康判断を自動で行い、緊急時には自動通報する。GPSを組み合わせて 緊急時の現場駆けつけや徘徊老人の居場所特定ができる。 ☆　この２０１０年の技術課題としては情報機器類の超小型化や、当該者の的確な 　　確認能力（寝ているのか倒れているのかなど）がある。

38. 生体現象の計測と得られる医学データ 生体現象 センサデータ 二次データ 三次データ 四次データ モニタリングの対象 シックハウス症候群 赤外光強度 血流量 脳内血流 頭部電圧 覚醒度 振動周波数成分 眼球運動 アイカメラ画像 循環器疾患 血中酸素 飽和酸素濃度 赤外光強度 心不全 不整脈 心臓の拍動 自立神経指標 心電図 慢性疲労症候群 心拍ゆらぎ 心拍，脈拍 身体運動 加速度 注意欠陥多動性障害（ADHD） 活動量 エネルギー消費 歩行パターン 足圧 足圧パターン 生活習慣病 角速度（ジャイロ） 呼吸 胸部運動 パーキンソン病，骨格障害 呼吸数 脳波 睡眠時無呼吸 乳幼児突然死症候群 脳活動 α波 皮膚電気抵抗 発汗量 寒暑感 快適感 緯度経度（GPS） 痴呆性高齢者徘徊 位置 空間移動 端末位置（PHS）

39. バイタルケアネットワークシステムの概念図 脳波計 医療機関 （消防署） 血流計 眼球運動センサ 心電計 情報閲覧 クライアント インターネット 振動ジャイロ 無線発信 生体情報，警報 ウェアラブルPC用サーバ 加速度センサ （認証,セキュア通信） 健康管理システム ・異機種分散 ・セキュリティ ・汎用検索ソフト パルスオキシメータ ウェアラブルPC （PHS内臓） バイタルデータ管理システム 筋音計 皮膚温度センサ 皮膚導電率センサ 体動加速度センサ 微小振動加速度センサ ・バイタルデータ蓄積管理 ・行動・生体・環境情報の相関分析 ・行動，健康に関する属性データ管理 足圧センサ

40. 　皮質連合野 　　前頭前野 　　感覚野 海馬 　扁桃体 ＭＲＩを使わずにコンピュータのモニターで空間認知や記憶力をテストし、簡便・安価に海馬機能を計測する （ＷＩＮ）

41. 将来展望　[　防犯・セキュリティ　] 【２００７年】 　センサー(画像・圧力等）により人の動きを感知し、警告を発する。電子タグによって 入退室を管理する。空港などで危険物を感知し、職員に異常を伝える。 【２０１０年】 　・　センサーがいっそう洗練されて、居住者と不審者、イヌ、ネコなどを、記憶やカンを 　　　働かせて区別する。 　・　犬に代わって爆発物を検知するマシンが空港などで活躍する。 　・　生物生剤を自動的に検知するウェアラブルマシンがおめみえする。

42. 将来展望　[　防災　] 【２００７年】 　火災などの現場の状況（煙、有毒ガス、温度など）を感知し、被災者の位置を確認する。 一方、人の入りにくい場所（川沿い、山中など）にはセンサーが設置されてデータを収集し 水害、土砂崩壊などを自動監視する。 【２０１０年】 　災害に関連するデータの異常を自動的に検出し、自動的に避難情報を提供する。 火災になれば自動通報。万一被災者がいれば、ウェアラブルで発信や受信ができ、 安全を保つことができる。

43. 将来展望　[　食・農業　] 【２００７年】 　実際の生産現場で、各種センサーが土壌成分の分析、日照度、湿度などを把握し、 肥料の配布や収穫のタイミングを判断する。 　消費者は、生産現場の情報を画像で見ることができる。 【２０１０年】 　病害虫などの状況をセンサーで把握し、農薬散布をコントロールする。

44. 将来展望　[　環境　] 【２００７年】 　温暖化のもととされる二酸化炭素（CO２）、大気汚染の因とされる窒素酸化物（NOｘ）、 硫黄酸化物（SOｘ)などはセンサーで感知し、監視する。 　大気中にセンサーを散布し、台風、積乱雲などの気象情報を得る。衛星による大気 組成(オゾン、二酸化炭素など）、植生の観測が行われる。 【２０１０年】 CO２、NOX、SOXについて、より広域で精密なデータを収集、個人の健康状態への 影響を考慮した環境情報の提供ができる。また、データは排出権取引の際、貴重な 材料となる。 　地球観測が、海中、地中に及ぶようになる。

45. 馬渕川 水質ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ 環境情報 センタ 情報処理 ﾃﾞｰﾀﾍﾞｰｽ 盛岡市 NO2ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ 送信 発信 収集 カメラ 通信 ﾈｯﾄﾜｰｸ 北上市 受信 粒子状物質 ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ センサ 中津川 利用者 市民参加型 環境調査 携帯端末 入力側 図10.4　環境情報ネットワーク

46. 包括的環境モニタリングシステムのイメージ 出典：「ネイチャーインタフェイス」9号

47. 包括的環境モニタリングによる対策フロー 出典：「ネイチャーインタフェイス」9号

48. 環境情報自動収集端末の外観イメージ サンプル採取用濾紙 風向風速センサ接続 ペン入力 気象データ記録用RFID

49. ろ紙 SPM RFID 環境情報測定ネットワークのシステム概要 分析装置（レーザブレイクダウン法によるSPMの成分分析） PDAをベースとした 環境情報自動収集端末 PDA Network PC 環境情報の解析と公開 PDA SPM採取と同時に位置・気象データを計測し，計測の自動化と解析精度の向上を図る．

50. RFIDとPDAを用いた環境計測システム 屋外用センサ端末 SPM分析装置 SPM データベース 　温湿度など 濾紙 RFID RFID 位置 時刻 前処理不要なLIBSを使用 分析 濾紙 物理情報の流れ （その場で計測） 化学情報の流れ （持ち帰って分析） アンテナ PDA（コントローラ） RFID