2013年,日本和美国将相继启动踏入电子行业广阔天地的大型项目。这些项目的目标都是解决今后日益严重的社会问题,比如维护老化的基础设施、对不断增加的老年人进行健康管理等。在其中起关键作用的部件,是不计其数的传感器和致动器(图1)。
图1 利用传感器、致动器及大数据等解决社会问题
上图的照片中,左上为富士电机的振动传感器,左下为安装了这种传感器的该公司大楼。中上为丰桥技术科学大学的农业用养分传感器、中下为安装了这种传感器的农田。右上为不来梅大学(University of Bremen)可对人体神经等产生作用的电极,右下为罗姆的近红外线图像传感器拍摄的人的手指。(照片来自富士电机、丰桥技术科学大学、不来梅大学、罗姆)(点击放大)
目标是实现“覆盖万亿传感器的世界”
日本方面,经济产业省于2013年4月启动了“社会课题对应传感器系统开发项目”。目的是对已建成数十年的桥梁及道路等进行维护管理、改善农作物栽培环境、通过测量人的体征信息及时发现疾病等。美国方面,飞兆半导体将与加州大学伯克利分校等一同启动旨在实现每年使用1万亿个传感器的社会“Trillion Sensors Universe”的项目(图2)。
图2 10年后传感器的数量将突破1万亿个
“Trillion Sensors”的传感器普及图。约10年后传感器数量将突破1万亿个,再过10年会达到数十万亿个。(该图由Tech-On!根据飞兆半导体的资料绘制)(点击放大)
利用电子部件支撑基础设施
这些项目只是冰山的一角。最近,很多电子产品厂商与部件厂商都开始开拓同样的用途。
各公司开拓的对象是广泛意义上的社会基础设施。具体包括:(1)大楼、住宅、桥梁、水坝等建筑物的管理及安全保障;(2)铁路、船舶、飞机及汽车等交通工具的安全保障;(3)人的健康管理及老年人的护理;(4)提高农业及畜牧等第一产业的效率;(5)能源相关基础设施的维护等。
不管是哪种用途,系统构成大体上是一样的(图1)。首先,要在作为对象的基础设施上安装用网络连接起来的无数个传感器,用来收集关于基础设施状态的信息。然后根据收集到的信息,推测基础设施的状态,并在必要的情况下发出警告,或是进行恰当的控制。比如,监控桥梁及建筑时,利用光纤传感器及加速度传感器收集建筑物的信息,并运用统计方法等查明有无异常,如果有问题就发出警告。
这样的系统被称作传感器网络或M2M(machine to machine,机器对机器)。虽然很早以前就有了这些概念,但在过去,就算有技术,实用案例也非常少。现在,这种情况正在逐渐改变。
借助国家的发展战略
首先,基础设施老化及老年人口增加带来的影响开始变得越来越明显。2012年12月,日本中央高速笹子隧道发生了塌方事故。不断增加的老龄人口也对公共医疗保险的压力也越来越大。
在此情景下,日本政府2013年6月14日在内阁会议上确定了阐述未来IT战略的《世界最先进IT国家创造宣言》,宣言中提出了“2020年度之前利用传感器等对日本20%的重要基础设施及老化基础设施进行检查和维修”、“对医疗护理及生活支援服务的相关传感器技术及机器人技术等进行开发验证与实用化”等目标。
技术环境的不断完善也不可忽视。加速度传感器及无线通信部件因配备于智能手机而变得非常便宜。通信技术方面,除了WLAN、蓝牙及ZigBee之外,还有日本于2012年7月正式启用的920MHz频带电波等,选择越来越多。数据分析技术也因为大数据的使用机会增加而快速发展。
电子行业也展开了行动。消费类产品业务陷入苦战的厂商对促进今后业务增长的广义基础设施领域充满期待(图3)。从金钱的最终流向——家庭支出也可以看出,这是一个潜在的巨大市场。与包含白色家电等在内的“家庭耐用消费品”以及电视机及个人电脑等“教育娱乐用耐用消费品”相比,食品、住宅及医疗等在家庭支出中所占比例很高。由电子行业担负起其中部分职责后,新市场有望进一步扩大。(记者:三宅 常之,Tech-On!)
图3 还有很多领域拥有很大的电子化余地
家庭支出项目分类。深蓝色部分为拥有电子化余地的领域。根据日本总务省统计局的“2012年家庭收支调查”的数据制成。(点击放大)