Amazon Goストアのテクノロジー徹底解説――センサーフュージョンの仕組みとは

これまでの記事では、Amazon Goストアを支える3つの技術――RFID、QRコード、そしてコンピュータビジョンについて取り上げてきました。初回の記事でもお伝えしたように、Amazon Goの画期的な点は、既存の技術を組み合わせた新しいコンセプトにあります。今回はその中核となる「センサーフュージョン」技術について詳しく見ていきましょう。

センサーとは何か

センサーとは、周囲の環境における電気的・物理的などの諸量の変化を、その感知特性に応じて検出し、それを知らせるデバイスのことです。

自然からインスピレーションを得たセンサー技術

実は、センサー技術のヒントは自然界、すなわち動物や人間の感覚器官から得られています。動物は複数の多様なセンサーからの信号を総合的に評価することで環境を認識します。人間の場合も同様に、五感(視覚・聴覚・嗅覚・味覚・触覚)からの信号と環境に関する知識を組み合わせ、世界のダイナミックなモデルを作り出し、常に更新し続けています。このようなマルチセンサーデータを融合する能力は、多くの動物種において高度に進化し、何百万年にもわたって使われてきました。今日では、この融合の概念が技術分野へ応用され、多くの科学分野にまたがる新しい学問領域を形成しています。

センサーフュージョンとは

センサー技術は現在、さまざまなセンサーを組み合わせることで、人間のような振る舞いをする機械を作るために活用されています。これを可能にするのがセンサーフュージョンです。マイクロコントローラ(いわば「脳」)を活用し、複数のセンサーから収集した個々のデータを統合することで、各センサー単体のデータを使う場合よりも、はるかに正確で信頼性の高い情報を得ることができます。

センサーフュージョンとは、アプリケーションやシステムの性能向上を目的として、異なるソースから得られたデータをインテリジェントに統合するソフトウェアです。複数のセンサーからのデータを組み合わせることで、個々のセンサーが持つ弱点を補い、正確な位置や姿勢の情報を算出することが可能になります。

主なセンサーの種類と用途

センサーは現在、スマートモバイルデバイス、自動車システム、産業制御、ヘルスケア、石油探査、気候モニタリングなど、幅広い分野で利用されています。センサーは大きくアナログ型とデジタル型に分類され、以下に代表的なセンサーの種類とその用途を紹介します。

1. 温度センサー

温度を電圧という電気信号として出力するデバイスを温度センサーと呼びます。代表例としては、サーミスタ、熱電対、測温抵抗体、シリコンバンドギャップ温度センサーなどが挙げられます。産業現場や研究所で温度管理のために広く使用されています。

2. 赤外線センサー(IRセンサー)

視野内の物体から放射される赤外線を測定する電子センサーで、IRセンサーや焦電型センサー(PIR)とも呼ばれます。最も身近な例は自動ドア開閉システムです。その他にも、テレビやエアコンなどのリモコンにも利用されています。

3. 超音波センサー

ソナーや無線通信と同じ原理、すなわち高周波の音波を発生させ、その反射波(エコー)を解析することで対象物の特性を評価するセンサーです。典型的な用途は、人が直接アクセスしにくい場所までの距離測定です。

4. タッチセンサー

タッチセンサーは、接触によって作動するスイッチと定義できます。タッチの検出方式に応じて、静電容量式、抵抗膜式、圧電式などの種類があります。最も分かりやすい例がタッチスクリーン搭載のスマートフォンです。近年ではタッチパネル搭載のノートPCも一般的になっています。

5. 近接センサー

近接センサーは、次の2種類の物理的情報を検出します。

• 物体の有無
• 物体の大きさや基本的な形状

現在の応用例としては、自動車のパーキングセンサー、コンベヤーシステム、モバイルデバイス、航空安全のための対地接近警報システム(GPWS)、製紙機械の紙切れ検知、自動水栓などが挙げられます。

6. 圧力センサー

圧力センサーは、圧力(通常は気体や液体の圧力)を感知・測定するデバイスです。電子回路における圧力センサーは、トランスデューサ(変換器)として機能する集積回路の形をしており、加えられた圧力に応じた信号を出力します。

主な用途には、高度測定、力の測定、リークテスト、トランスデューサ出力の比率補正、流量検知などがあります。

7. 速度センサー

速度センサーは、物体や車両の速度を検出するために使用されます。車輪速度センサー、速度計、LiDAR、対地速度レーダー、ピトメーター式ログ(船速計)、ドップラーレーダー、対気速度計など、さまざまな種類が存在します。

最も代表的な用途は、複数モーターの速度同期制御です。産業分野(ミキサー、コンベヤー、コンプレッサーなど)、鉄道分野(牽引制御、速度制御など)、石油化学分野(蒸気タービン、ファン、ブロワーなど)、船舶分野(推進制御システム、消防ポンプ、ビルジポンプなど)といった幅広い業界で、速度制御装置として活用されています。

8. 煙・ガスセンサー

これらのセンサーは、多数のガス粒子を検出すると電源をオンにします。一酸化炭素ガスの存在を検出するために使用できるほか、火災報知器やガス警報器も同じ原理で動作します。火災時には大量のガス粒子が発生し、ガスセンサーがそれをトリガーして火災警報が鳴る仕組みです。

最も一般的な用途は、オフィスや家庭に設置される煙感知器です。

ワイヤレスセンサーネットワーク(WSN)

これらのセンサーをWi-Fiに接続し、1つのシステムとして連携させたものをワイヤレスセンサーネットワーク(WSN)と呼びます。ワイヤレスセンサーネットワークの開発は、戦場監視などの軍事用途がきっかけでしたが、今日では産業プロセスの監視・制御、機器の健康状態監視など、多くの産業用途や民生用途に利用されています。主な応用例は以下の通りです。

1. エリア監視 ― 特定の現象を監視したいエリアに展開されます。
2. ヘルスケアモニタリング ― ウェアラブル型と体内埋め込み型の2種類のデバイスがあります。
3. 大気汚染モニタリング ― 多くの都市に導入されており、市民にとって有害なガスの濃度を監視しています。
4. 土砂崩れ検知 ― 土砂崩れの発生前や発生中に起こりうる地盤の微小な動きや各種パラメータの変化を検出するシステムです。
5. データセンター監視 ― 大量のデータを扱う環境では、配線やIPアドレスが課題になりがちです。この問題を解決するため、ますます多くのラックに無線温度センサーが搭載され、ラックの温度監視が行われています。
6. ワイン生産 ― 畑とセラー(貯蔵庫)の両方の工程において、センサーネットワークによるワイン生産の監視に活用されています。

まとめ

以上、センサーとセンサーフュージョン技術について概説しました。そして、Amazon Goストア内でこれらの技術が実際にどのように機能しているのか、その答えが明らかになるのももうすぐです。どうぞお楽しみに。