ユーザ参加型センシングシステムの可能性
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第30回「センサ?マイクロマシンと応用システム」シンポジウムでの「集积回路とセンシングシステム」でお话させていだいたスライドです。ムーアの法则とマイコンと惭础碍贰搁厂、そして技术の民主化による裾野の広がりと产业の新しい形态について模索してみました。
ユーザ参加型センシングシステムの可能性
- 1. ユーザ参加型 センシングシステムの可能性 秋田純一 （金沢大学 理工学域 電子情報学類） Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 2. Contents ?はじめに（自己紹介） ?「ムーアの法則」と「マイコン」 ?ムーアの法則とその転換点 ?マイコンという概念 ?「技術の民主化」との可能性 ?フィジカル?コンピューティング ?ロングテール?MAKERS ?「公共事業型」センシングシステム ?「ユーザ参加型」センシングシステム ?まとめ 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 3. 自己紹介 ?浅田研@東大でPh.D(‘98)（イメージセンサ） ?金沢大(’98～’00?’04～) ?公立はこだて未来大(’00～’04) ?論文=36（LSI関連(sim/arch含む)：半分くら い？） ?低電力化=2（学生時代のみ） ?アナログ情報処理=2 ?メモリ?RF=2 （いずれも共著） ?Wearable=10（うちLSI関連=2） ?不規則画素=5（うちLSI関連=1） ?イメージセンサ=9 ?その他=6（うち「回路」関係なし=2） 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 4. 最近の研究テーマ 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 5. 「ムーアの法則」と「マイコ ン」 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 6. ムーアの法則 http://www.intel.com/jp/intel/museum/processor/index.htm （日経BP Tech-On! 2009/03/30の記事） ?加工寸法が3年で1/2になる（べき） 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 7. ムーアの法則の産業的な意義 ?「わかりやすい＆嬉しい」指針 ?メーカ側：微細化による性能↑＆コスト↓ ?ユーザ側：機能↑＆コスト↓ ?他の産業にない半導体?電子産業の特異性 ?重要な前提 ?「ユーザの機能飢餓」の存在 （潜在的に高機能な製品が求められている状 況） ?ムーアの法則はユーザの機能飢餓を満たしてき た ????当たり前と考えられてこなかったか？ 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 8. 実例：4MbDRAMの立ち上がり ? 1Mb→４Mbの交代は ビット単価では説明できない ? 不景気説は× ? DRAM大口ユーザのPCのOS (Win3.1→Win95)の世代交代？ 2013/11/5 （直野「転換期の半導体?液晶産業」(日経BP,1996)） Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 9. ものづくり?製造業のあるべき 姿 ?ものづくり = Why x What x How ?Why : なぜそれを作るのか？ ?What : 何を作るのか？ ?How : どうやって作るのか？ ?“Why”が欠如しているケースが多くないか？ ?SDTV→HDTV ：「画質」などの機能 << 「アナログ停波」という公共 事業 ?次は3D? 4K? 8K????“why”は何？ 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 10. ムーアの法則のもたらしたもの (1) ?高度な微細化→ System on a Chip (SoC) ＝専門性の高いCustom品 ＆高いイニシャルコスト （設計?製造装置） ＝尐量多品種への依存 ?特定製品への強い依存 ?iPhone搭載SoC/DRAM/フラッシュメモリ/液晶パネ ル ?iPodのフラッシュメモリ ?言い換えると「自立していない産業」へ？ 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 11. ムーアの法則のもたらしたもの (2) ?コストダウン ?同一機能を小チップ＝低価格で ?古い世代の製造装置でも作れるLSIも、 「そこそこ」高性能 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 12. 「マイコン」という概念 ?技術的には：枯れた技術の固まり ?RISC, Flashメモリ, ... ?ハーバード アーキテクチャ, ... （Atmel ATtiny10データシートより） （日立／Renesas H8/3048F） ?使い方的には???？ ?「コンピュータ」が安く小さくなることの意 義 ?単なる「ダウンサイジング」ではない パラダイムの転換（の可能性） 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 13. 「マイコン」によるパラダイム シフト ?例：「LED点滅回路」 Ra ４ ８ ７ Rｂ ２ C ３ ６ N E555 while(1){ a = 1; sleep(1); a = 0; sleep(1); } ５ 古典的な方法：発振回路 ソフトウエア的な方法 （可能だが非現実的） 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 14. 「LED点滅」をマイコンでやる と？ マイコン使用 部品点数＝１ コスト：100円 発振回路(555) 部品点数＝4 コスト：150円 ?コスト面：マイコン○（「もったいなくな い」） ?機能面：マイコン○（多機能?仕様変更も Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 2013/11/5
- 15. 「マイコン」のパラダイムシフ ト ?「コンピュータ」が小さく安くなった 「だけ」 ?システム構成の概念を変える可能性 ?ここまでの質的な変化が 実質になるためには？ ?設計者が意図できるか？ ?ユーザが理解できるか？ （C.クリステンセン「イノベーションのジレンマ —技術革新が巨大企業を滅ぼすとき」(翔泳社 (2001)） 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 16. 「マイコン」における料理人 ?「マイコン」の「調理例」を示す「料理 人」 ?雑誌記事、電子工作キット、??? 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 17. 新しいパラダイムでの「料理人」の重 要性 ?2000年頃から店頭に→食べ方？？？ ?料理番組?雑誌等での調理例→定番キノコ に 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 18. マイコン：SW/HWをつなぐ媒 体？ ?本来はつながっている「電子回路→コン ピュータ」が、断絶しかかっている？ ?ぎりぎり、命令実行ステップ?高級言語 が つながる規模 ?入出力のための電子回路 と親和性?関連性が高い 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 19. ボトムアップ式電子工作 ?金沢大３年生の実習（半期）として実施 ?作りたいもののアイディアを出す（実現性は考慮し ない） ?そのアイディアの実現可能性を、指導者と吟味 ?用いるセンサ?アクチュエータを選定 ?期間内に実現できそうなレベル?複雑度を設定 ?学習方法の効率化 2013/11/5 ?用いるマイコン(Cypress PSoC1)を共通化＝ノウハウ共有?蓄 積 ?用いる部品のデータシートの読み方を学習 ＝自ら先へ進めるようにステップアップ ?「自分で考えた、作りたいもの」を作るので、 モチベーションを維持しやすい Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 20. 結果：作品例 タッチ式記憶ゲーム 学習式目覚まし時計 作曲機能つき ミニゲーム機 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 21. 「技術の民主化」という考え 方 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 22. 「技術の民主化」 ?「ムーアの法則→陳腐化した集積回路」が もたらしたもの ?「技術の民主化」 ?従来：一部の専門家しか使えなかった（特 権） ?民主化後：ユーザ層の劇的な広がりと多様性 ?技術開発のありかたの可能性 ?公共事業型 ?ユーザ参加型 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 23. 事例(1)：フィジカルコンピューティン グ ?PC内にとどまらず、 物理現象を扱うコンピューティング ?使いやすくまとめたマイコンボード＋開発環境 ?センサ?アクチュエータの接続?情報処理が容 易 ?「たいしたことないもの」に見える ?マイコンボードの民主化 ArduinoUno 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 24. フィジカルコンピューティングを支えるコミュニ ティ ?ハードウエアのOpen Source化 (OSHW: Open Source Hardware) ?改良?派生を促す ?共通ベースを使って、ユーザごとの付加価値 （「作りたいもの」を素早く具現化する道 具） Arduino用シールド（拡張ボード）の例 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 25. 事例(2)：ロングテール ?（昔）尐数のヒット商品 →（今）多数のニッチ商品 ?ニッチも多数なので 総和は大きい ?例：音楽販売では、 25,000位以下で売上の40% ?「一部のヒット商品」がなくなる ?音楽業界：△25%（’01?’07） ?ヒットアルバム：△60%（’01?’07） 2013/11/5 （C.アンダーソン「ロングテール」,早川書房 (2009)） Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 26. 「ロングテール」の背景と意義 ?嗜好の多様化←メディアの多様化 ?例：テレビ持ってますか？（学生だと10%程度） ?昔はテレビ（地上波だけ）しかない ?「８時だよ全員集合！」はピーク時平均視聴率50% ?「他に見るものがないから」という要因も大きい ?リコメンデーション等の「出会いの手段」の進歩 （マイナーなものを知る機会） ?在庫コスト：大幅↓（オンライン?ストア） ＝多様な商品が、消費者の選択の対象に ?限られた製品数＝生産者?流通業の都合 （CDストアの棚の制限） ?「ユーザの嗜好を満たす」＝産業の使命の実現へ 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 27. 製造業におけるロングテール ?ものづくりの「ロングテール」を支える技 術革新 ?3Dプリンタ等によるプロトタイピング ?クラウド?ファンディング（市場調査?資金調 達） ?サプライチェーン活用による量産手段の民主化 ?「モノへの愛着」の重要性（熱心なファン） ?メイカー企業 ?数万個ロット?高い技術力 ?熱心なユーザ?ファン Bsize社 STROKE ?価格勝負でない Kanazawa University http://ifdl.jp/ 2013/11/5 Interface Device Laboratory,
- 28. ロングテールと集積回路?マイ コン ?「尐量多品種」を支える集積回路は？ ?高イニシャルコスト：× ?汎用部品(FPGAなど) ?高い汎用性?低イニシャルコスト ?一般に低性能 ?しかしムーアの法則の恩恵 で、かなり高性能 性能 ?用途によっては十分 専用LSI 汎用LSI 必要な性能 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ 年度 （微細化 の進展）
- 29. マイコンのさらなる汎用品化 ?マイコンコア＋周辺回路 ?周辺回路をflexibleに ?CPLD/FPGA的なreconfigureなど ?周辺回路のアナログ機能↑（アナログ FrontEnd) Cypress社PSoCシリーズ 2013/11/5 Renesas社SmartAnalogシリーズ Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 30. 「ユーザ参加型」センシング Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 31. 「センシング」のニーズ ?「身の回りの現象を自分で観測したい」の は、 人間の根源的な欲求（のようだ） ?農業、自然災害などは死活問題で高いニーズ ?ホビーユースでも幅広いニーズ （例：インターバルカメラで撮った画像、昆虫 観察） ?どうやって「観測」するか？ ?公共事業（行政サービス）：天気予報など ?自分で観測する（ロングテール）：趣味 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 32. 公共事業型センシングシステム ?特に大規模なセンシングシステム向き ?高価?高性能な観測機 ?広い観測網、高い信頼性 ?得られるデータの高い公共性 ?維持のための継続的な（主に公的）資金提供 ?欠点：大胆な新技術の投入が困難 ?即効的な成果を求められる傾向が強い ?長期的には技術開発の停滞 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 33. 助成金依存vs自立資金 ?例：歌舞伎 ?松竹（株）の営業興行 ?（株）歌舞伎座が運営 ?伝統を守りつつ 進化を続けている ?例：多くの伝統芸能?伝統工芸 ?補助金依存→ 「古いものを守る」ことが目的化 ?後継者不足、高齢化、??? ?本来の伝統工芸は、その時代での最先端技術 のはず 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 34. 公共事業依存の産業の未来は？ ?例：テレビ?公共インフラ ?「2020年東京オリンピック に期待」できるのか ?1964年とは社会状況が全く異なる（成熟社 会） ?例：スマートメータ?スマートグリッド ?メリットの一般論： 節電効果、地球温暖化 ????定量的な議論は？ ?3.11を経験しても 普及しない社会構造は？ 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ ?ただし「21世紀の公共インフラ」かもしれな
- 35. ユーザの手によるセンシング ?例：気象観測 ?「自分で計測した気象データから、地球温暖 化を考える」試み ?例：放射能計測 ?生活に直結し、目に見えない事象 ?きわめて強固な観測のモチベーション ?その一方、非科学的（感情的）な議論が横行 ?「事故の当事者（東電?政府）の観測デー タ」 に対する不信感が大きな背景の一つ 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 36. 観測データの真の活用のために ?「科学的な方法で観測したデータを、定 量的?科学的に解釈する」ことは、現代 社会を生きる我々の必須スキル ?「理科離れ」とは次元が違う ?観測対象が身近なほど、観測方法?技術 が細分化 ?汎用の観測方法?装置は非現実的 ?技術の高度化＆知財保護→ブラックボックス 化 →さらにユーザ自身が観測技術を持てない 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 37. ユーザ参加型センシングシステ ム ?ユーザの「多種多様で高いモチベーションの センシング」を持続的に具現化するために は？ ?「センシング装置を受託開発」 ?持続的でない（ユーザの経済的余裕） ?裾野が狭い（極めて高い志 or よほどの物好き） ?「センシング技術の民主化」はどうか？ 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 38. 実例：Radiation Watch ?非専門家がスマホ接続型 放射線観測機を製品化、 事業化、進化改良中 ?回路設計者?メーカも参画 ?（仙台近辺の方々） ?福島第1原発事故という特殊な 状況下とはいえ、極めて迅速な 製品化（フィジカルコンピュー ティングやMAKERSの活用） ?ビッグデータ的な展開も可能 http://www.radiation-watch.org/ 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 39. ユーザ参加型センシングの可能性 ?センシング技術の民主化 （ツールキット化?ユーザコミュニ ティ） ?あらゆる人がセンシング技術を手に入れる ?「必要なものは自分で作る」という価値観 (DIY) ←→プロに発注(Hire a Pro; HAP) ?高いモチベーションでセンシング ?場合によっては事業化する ?近年注目されている動き ?例：ニコニコ学会β（ユーザ参加型研究?学 2013/11/5 Interface 会） Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 40. 技術の民主化がもたらすもの ?裾野の拡大＝潜在的な需要の発掘 ?例：動画技術の民主化→YouTube →動画の事業活用などの拡大（＋他愛のない動 画） ?例：ジャーナリズムの民主化→Twitter、Facebook 等 →デマ?風評被害とのつきあい ?相対的に「プロ」の重要性の向上 ?成果を社会へ還元する方法?過程 ?決してプロが失業するわけではない 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 41. 期待されるプロの役割 ?民主化されたセンシング技術の提供 ?特に、電力（エナジーハーベスト）と 通信（ラスト１メータ?IoT (Internet of Things)） ?センシングシステムの設計技術の提供 ?汎用のマイコン?回路と設計ツール（スマートアナ ログ、PSoC、FPGA等） 、および「ユーザコミュニ ティ」 （悪い例：がじぇっとるねさす???技術先行、 ユーザ不在） ?ユーザへのサポート ?ロングテールの裾ほど事業規模は小さい ＝兹業やアマチュア形態が多い ?アマチュア作品?趣味を「製品?事業」へ昇華させ 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ る
- 42. 「ユーザへのサポート」の実例 ?f.Labo ?IAMAS（大垣市）の、工房を中心とする 中小企業の事業化支援の活動 ?http://f-labo.tumblr.com/ ?enmono ?「マイクロモノづくり」の提唱と実践 ?中小企業の受託依存からの脱却→自社製品へ ?http://www.enmono.jp/ 2013/11/5 Interface Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/
- 43. まとめ ?ムーアの法則とその功罪 ?産業界の「技術先行」の悪習慣と 公共事業依存の体質 ?「マイコン」という破壊的イノベーション ?汎用部品でも十分な性能へ ?産業構造の変革 ?「尐品種大量生産」から「尐量多品種」へ ?市場ニーズ(ロングテール） ?技術的な裏付け（MAKERS） ?（センシング）技術の民主化と産業（プロ） の役割 Device Laboratory, Kanazawa University http://ifdl.jp/ Interface 2013/11/5