MEMSの波（ブログニュース）

　第4回MEMS協議会海外調査報告会を1月21日に新テクノサロンで開催し、約40名の方にご参加いただきました。このイベントはマイクロマシンセンター/MEMS協議会（MIF）が行っているMEMS関連の海外調査及び国際標準化の状況について報告するものです。毎年のように北米や欧州を中心に学会等のイベント、海外の大学や研究施設、関連企業の訪問見学を行ってきましたが、今回は特に特別報告として世界の家畜に関連する報告を企画致しました。
         
                  　　　　　　写真１　会場の様子
                  
  MEMS協議会事務局長・長谷川英一からの主催者挨拶のあと、最初の報告は特別報告として「欧州と豪州の畜産用センサの現状と動向」と題して技術研究組合NMEMS技術研究機構およびマイクロマシンセンターのMEMSシステム開発センター  武田宗久から、イギリス、エクスターのeCow社、オーストリア、グラーツのsmaXtec社、オーストラリア、ガトンのQueensland大学、および Sydney大学の報告がありました。最初に畜産業の産業内の位置付けとして、国内の畜産は農業生産額の31％を占める最大（2.5兆円産業）であること、世界のスマートフォンの台数が2012年に約7億台に対して、牛の数は15億頭と極めて大きな数字であるとの報告でした。また子牛の誕生、生育、乳牛、健康管理や販売に至る産業形態も説明がありました。牛用のセンサとして各種体温計（深部、耳、膣等）、発情検知（モーションセンサ）、ルーメン（胃）のPHセンサの説明と、何故センサによる牛の管理が必要であるかの説明、受胎率の向上や、生産病（肺炎やストレス）等の課題の説明もありました。また現在取組を行っている、SIP次世代農林水産産業創造技術の研究内容の紹介によって、現在の最先端の状況も判りました。
  海外の状況として、最初に英国のeCOW社は、2007年に設立、Royal Agricultural 大学のToby Mittram教授がCEOです。PHセンサに無線モジュールを付けたセンサで、既に1000台以上が出荷されているようですが、実際に稼働しているのは250台とのことです。
  またオーストリア、smaXtec社は2009年設立、製品のラインナップは広く、Phセンサに加え、気象センサ、センサステーションも含み、出荷台数は2015年に2万台とのことです。このルーメンセンサPHセンサと温度センサを搭載し、センサ内メモリに蓄積したデータを纏めて送る仕組みです。
   豪州の調査では、クイーンズランド大学とシドニー大学の調査報告がありました。この大学ではルーメンセンサや温度センサ、ストレスセンサを活用している（特に運搬時のストレス評価のため）とのことです。
                  
                  　　　　　　　　　写真２　武田から報告
                  
   続いて、「米国のMEMS産業動向」についてMEMS協議会 松本 一哉からMEMS Industry Group（MIG）国際ビジネス会議　（MEMS Executive Congress US in 2015）、Stanford大学工学部・大学院Ginzton Laboratory訪問の報告がありました。
   最初にMEMS Industry Group（MIG）のKaren代表から、IoTの到来を見据え、同団体の名称をMEMS & Sensors Industry Groupに改名することを宣言、更にトリリオンセンサビジョンを2015年5月に傘下に納めた事の報告があったとのことです。またSteve Nasiri氏からベンチャー発の企業であるInvenSenseが何故ここまで成功したかを、要因分析し、実装技術を中心に常に技術で先駆的に進めていたことの報告がありました。
  市場動向として特に市場が拡大するセンサは、BAW（Bulk Acoustic Wave）フィルタで、iPhone6sで20個搭載され、今後更に搭載個数は伸びる見込み、同センサ市場は、Avago社（60％）、Qorvo社（40％）の寡占市場となるとのことです。高周波共振器のRF-MEMSは日本が従来強かったので、最近の状況は残念です。
  またMEMSマイクロフォンの性能向上も素晴らしく、マイクロフォンは、概ねスマートフォンに4つ搭載され、ノイズキャンセラとして音質向上に貢献しています。マイクロフォンの感度向上（機能改善）によって価格下落を阻止できている稀なケースです。現在マイクロフォンの感度は約60dBですが、次世代技術では75dB以上になるものと考えられるほか、Optical　MEMSマイクロフォンといった新しいセンサも出てくると推測されます。この場合、82dBに性能向上が可能との事です。
  前回は日本からの参加者は2名と少なかったのですが、今年は8名とのことです。MIGに詳しいSPPの神永アドバイザーによりますと、日本からの参加や講演寄与が増えたことに、主催者が驚いていたとのことです。
                  
                  　　　　　　　　　　写真３　松本から報告
                  
  次は「マイクロマシンサミット2015と題してMEMS協議会・国際交流担当の三原孝士が報告しました。マイクロマシンサミットは毎年、各国のMEMS関連状況をそれぞれ報告し、意見交換する場として開催され、今回は第21回となります。今回は久しぶりに欧州のドイツでの開催であり、またテーマも「SMART SYSTEMS FOR MANUFACTURING AND FACTORY AUTOMATION」とドイツ発のインダストリ４．０の話題が共鳴し、欧州からの参加者が例年以上に多く、参加人数は70名、発表数は約60件、Delegatesの多い国は、ドイツ　12名、イタリア　11名、オーストラリア　5名、中国　5名、イベリア半島　5名、スイス　4名またUSA　4名の順でした。
  また研究所の訪問では、ベルリン近郊にあるFraunhofer研究所のIZM(マイクロエレクトロニクス信頼性研究所）でした。Fraunhofer研究所は最先端でなくても、企業にとって必要な研究開発を行う研究所として世界的に有名ですが、IZMは半導体やセンサ、電子基板モジュールの研究開発を行っています。MEMSの研究は勿論ですが、例えばフレキシブルプリント基板の研究等です。日本では論文が書けないと研究テーマは成り立たないことが多いのですが、Fraunhofer研究所では産業界が望めは継続する歴史があります。
  今年のマイクロマシンサミット2016（第22回）は久しぶりに日本で開催されます（第１回が京都、第6回が広島でした。）、場所は新宿のハイアットリージェンシー東京（新宿）で、日程は5月25日、26日です。全世界のMEMSやナノテクの産業推進状況が判ります。御参加を希望される場合は事務局までお問い合わせください。
                  
                  　　　　　　　写真　三原から報告
                  
                  　　　　　　写真　坂井から報告
   最後は「MEMS国際標準化に関する活動状況」と題して調査研究・標準部長の坂井裕一より報告がありました。最近は、センサに無線システムが搭載され、更にエネルギーハーベストに対しての取組みも強化されており、マイクロマシンセンターでもSSN（スマートセンシング&ネットワーク）研究会を設立して、その活動を強化しています。この分野は、応用分野別にセンサ・無線・エネルギーハーベスト・電源管理・実装と言った要素デバイスや技術の評価を含む国際標準化が必要ですが、特に無線等ではデファクトスタンダードに頼っている側面もあります。このような背景からMEMSの国際標準化はIECを舞台に、更に進められるように「プロダクトアウト/プロセス重視型」のアプローチから「マーケットイン/結果重視型」へと転換が進められています。IECから発行済みのMEMS関連規格は24件で日本提案が11件、韓国提案が13件となっており、現在審議中が5件あります。審議中の案件には日本・韓国が2件づつ、中国とドイツがそれぞれ1件あります。
                  
   最後に閉会の挨拶 として、専務理事　青柳桂一から熱心にご参加、ご議論して頂いた方々へのお礼がありました。
                  
                  　　　　　　　　　写真　熱心な議論
                  
                  
                  　　　　　　　写真　懇親会の様子
   報告会には住友精密工業・神永様、次世代センサ協議会・大和田専務も参加いただき、コメントを頂きました。さらに報告会の終了後には懇親会に場所を移し、情報交換を行いました。（MEMS協議会　国際交流担当　三原　孝士）

　畜産大国であるオーストラリアにおいて、畜産センシングの現状及び市販ルーメンセンサの適用状況を調査するとともに実用化時の海外展開の可能性を検討するため、畜産用無線センサネット（グリフィス大学)、畜産の繁殖及び健康モニタリング（クイーンズランド大学)と生産性向上のためのモニタリング（シドニー大学）の権威を訪問したので、その結果について報告する。

　今回の調査で、オーストラリアにおける畜産センサシステムの社会実装に関しては、日本とはニーズが異なることが明らかになった。日本では、放牧ではなく畜舎において繁殖管理、飼養管理をしっかりと行って、高品質の肉や乳製品を生産するために、畜産センサシステムを活用することを考えている。それに対して、オーストラリアでは、人件費が高いこと及び全飼養頭数が2,600～3,000万頭と多いため、１農家当たりの飼養頭数が多い（北オーストラリアの平均的な農家の飼養頭数は約3,000頭とのことであった）ことから、多数の牛を少人数で管理するために、畜産センサシステムやロボットを活用することを考えている。しかしながら、現在内閣府の「戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）」の一環として、畜産センサコンソーシアム（代表機関：国立研究開発法人農研機構　動物衛生研究所［新井　鐘蔵］）で研究開発している畜産センサの開発内容を紹介したところ、開発中の畜産センサはオーストラリアのニーズでも十分に使えることが分かった。従って、オーストラリアは開発畜産センサの実用化時に大きな市場となり得ることが明らかになった。以下各訪問機関での調査概要について簡単に述べる。

（１）グリフィス大学ゴールドコーストキャンパス

　グリフィス大学（英語：Griffith University）は、1971年に創立され、クイーンズランド州の州都ブリスベンと、観光都市として有名なゴールドコーストに位置する総合大学である。ブリスベンからゴールドコーストにかけて5つのキャンパスがある。今回訪問したゴールドコーストキャンパスは、最近では新しい学科が開設され、創立時キャンパスであるネイサンキャンパスよりも学生数が多くなっている。Micro and Nanotechnology Centre も2011年に新設されている。

　グリフィス大学では、MEMSセンサの権威のDr. Dzung Viet Dao（Senior Lecture）及び無線の権威のProf. David Thielを訪問し、SIPプロジェクトの概要を紹介するとともに畜産センサ用無線に関して、議論を行った。畜産用センサ無線では低消費電力化が重要であるとの認識で一致した。写真1にグリフィス大学のMicro and Nanotechnology Centre が入っているScience, Engineering, Architectureビルの写真を、写真2に訪問したDr.Dao及び伊藤先生とScience, Engineering, Architectureビルの玄関で撮った写真を示す。

　　　　　　　　　　　写真1　グリフィス大学Science, Engineering, Architectureのビル

　　写真2　Dr. Dao（中央）、伊藤先生（左）とScience, Engineering, Architectureビルの玄関で

（２）クイーンズランド大学ガトンキャンパス

　クイーンズランド大学（英語: The University of Queensland）は、1909年創立のオーストラリアクイーンズランド州ブリスベン、セントルシア地区に本部キャンパスを持つ州内で最長の歴史及び最も権威ある大学である。4つのキャンパスがあるが、今回訪問したガトンキャンパスは、1897年にクイーンズランド農業大学として開校し、1990年にクイーンズランド大学の機関になったキャンパスで、農学と畜産関係の学科が集まるキャンパスである。1,068ヘクタールの広さを有する。

　クイーンズランド大学では畜産の繁殖及び健康モニタリングの権威であるProf. Michael McGowanを訪問し、SIPプロジェクトの概要を紹介するとともにオーストラリアの畜産センシングの現状を把握した。Prof. McGowanはe-Cow社のルーメンセンサを使用した経験もあり、こちらの方は、数週間は安定的に使用出来ていることが分かった。また、我々の開発するセンサに関して非常に興味を持って頂き、是非とも実証実験を行いたいとのコメントを得た。写真3にクイーンズランド大学獣医学部のビルを、写真4に今回訪問したProf. McGrown（右から2番目）及びDr David McNeill（右端）と獣医学部のビルの前で撮った写真を、写真5に奥の牛舎で暑熱対策の実験を実施しているクイーンズランド大学の牧場を示す。

　　　　　　　　　　　　       写真3　クイーンズランド大学獣医学部のビル

　写真4　Prof. McGrown（右から2番目）及びDr David McNeill（右端）と獣医学部のビルの前で

　　　　　　　   写真5　クイーンズランド大学の牧場（奥の牛舎で暑熱対策の実験を実施）

（３）シドニー大学カムデンキャンパス

　シドニー大学（英語: The University of Sydney）は、1850年にオーストラリアのニューサウスウェールズ州（当時は植民地）の州都シドニーに設立された同国最古の名門大学である。約10のキャンパスを持つ。今回訪問したカムデンキャンパスはシドニー市街から車で2時間くらいのところに位置した獣医学部と農学部のキャンパスである。

　シドニー大学では肉牛のモニタリングの権威のAssociate Prof. Luciano A Gonzalez及び乳牛のモニタリングの権威のProf. Sergio C. Garciaを訪問し、SIPプロジェクトの概要を紹介するとともに飼育設備の見学及び畜産センシングに関する討議を行った。写真6に今回訪問したAssociate Prof. Gonzalez（左）とProf. Garcia（右）を示す。

　　　　　　　　　　　    写真6　Associate Prof. Gonzalez（左）とProf. Garcia（右）

　Prof. Garcia は過去にKahne社のルーメンセンサを使用した経験があり、その結果、文献に記載されている通り、コンセプトとしては密度を軽くして、第１胃の上部に浮遊させて使用し、反芻時の逆流や肛門への移動を防止するため、フレキシブルな羽根構造を持っていることが分かった。羽根構造が壊れることはなかったが、信号受信レベルは非常に悪く数時間～数日しかデータ取得が出来ず信頼性は良くないことが分かった。

　また、世界に３台しかないスウェーデン製（Delaval社）の全自動搾乳システムを保有し、センサを含めた積極的な自動化の研究開発を進めていることが分かった。全自動搾乳システムによる飼育の手順を図1に示す。牛は普段は放牧場で牧草を食べているが、乳が張ってくると自分で全自動搾乳システムのところに集まってきて、順番に全自動搾乳システムに入る。そうすると、先端にカメラのついたロボットアームが乳頭の位置を計測して、乳頭部分に洗浄液をかけて洗浄した後、その位置に吸引器を持っていって、乳頭に吸引器をセットする。全ての乳頭に吸引器をセットするが、乳頭間隔が狭いため、エラーを結構起こしていた。全ての乳頭にセット出来なかった牛は搾乳量が所定の量に達しないため、1周目では出口が開かず、2周目で再チャレンジするとのことであった。24頭の牛が回転台で1周する間に搾乳をする。搾乳量も計測・管理されており、過去の履歴等から設定された所定の搾乳量を搾乳できれば、吸引器が外され、出口の扉が開いて牛は出て行く。牛が出た後は自動で回転台の糞尿が掃除されて、入口から次の牛が入って来る。以上の動作を繰り返すものであった。全自動搾乳システムを出た牛は自動給餌機に自分で行って、搾乳量に見合った濃厚飼料を貰って食べ、濃厚飼料を食べ終わるとまた自分で放牧場に帰って行くという手順であった。ルーメンセンサを投入した牛や濃厚飼料の量や内容を変更した等の実験牛も基本的には同じように飼育されており、e-Tag情報で判別して、一括して得られたデータを解析しているとのことであった。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図1　全自動搾乳システムによる飼育手順

　本調査は、総合科学技術・イノベーション会議のSIP（戦略的イノベーション創造プログラム）「次世代農林水産業創造技術」（管理法人：生研センター）によって実施したものである。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（マイクロマシンセンター　武田宗久）

このたび一般財団法人マイクロマシンセンターが参画しております畜産センサ研究コンソーシアム（代表研究機関：独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構（農研機構）動物衛生研究所）が提案した「生体センシング技術を活用した次世代精密家畜個体管理システム」が、農研機構生物系特定産業技術研究支援センター(生研センター)が管理法人をつとめる、SIP(戦略的イノベーション創造プログラム)課題「次世代農林水産業創造技術」における「（１）農業のスマート化を実現する革新的な生産システム①高品質・省力化を同時に達成するシステムiv)繁殖成績の向上や栄養管理の高度化のための次世代精密家畜個体管理システムの開発」の包括提案として採択されました。
【http://www.naro.affrc.go.jp/brain/sip/files/SIP_Examination_outcome.pdf】
同じく技術提案として採択されました岩手大学の2テーマを合わせて、今後畜産センサ研究コンソーシアムで次世代精密家畜個体管理システムの研究開発を進めて参ります。以下研究の概要について簡単に紹介致します。

牛の受胎率の低下や生産病の多発は、優良な子牛の生産や、肥育や搾乳などの生産性の高水準化の実現にとって大きな阻害要因となっております。この問題を解決するためには、日々変化している牛の繁殖機能や栄養・健康状態などの様々なバイタルサイン（生命情報）を連続的にモニタリングして、必要な牛の生体情報を個体ごとに見える化し、随時利活用できる技術の開発が必要となります。本研究では、必要期間連続で低侵襲に腟内モニタリングが可能な無線センサ端末や活動量をモニタリングできるインテリジェント首輪等を開発し、これを利用して発情行動が微弱化した牛においても授精適期を判定する技術を開発して受胎率の向上や分娩管理の軽減化を図ります。また、長期間連続して牛の第一胃（ルーメン）機能や体温、ストレス等の栄養生理機能を連続モニタリングできる無線センサ端末を開発し、これを利用して乳・肉の生産向上に効果的な飼養管理技術を開発するとともに、生産病（消化器病、呼吸器病など）の早期診断及び効果的な治療・予防技術を開発することを目的とします。研究イメージを図１に示します。また、図２に示しますように、リーディング22機関による産学官連携体制で研究を進めて参ります。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図１　研究イメージ

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図２　研究実施体制

本研究で対象とする牛の生体センシング技術は、今後海外等との競争力強化に必要な農場の大規模化や、きめ細やかな高品質牛肉・乳生産を目指す地域型の中小規模農場経営のいずれにも導入可能であり、ICTを利活用した畜産分野における生産拡大に大いに寄与すると期待されています。研究期間は本年度から平成30年度までの5年間となります。今後得られました成果に関しましては、随時発表していくこととしております。　　(マイクロマシンセンター　武田宗久）