セキュリティ分野におけるドローン技術応用の現状

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2013年、バハマで仕事をしていたとき、私は現在ドローンとして知られているものを観察しました。セキュリティ専門家として、ぜひ試してみたいと思います。その年の後半、私は妻に、iPhone 5 で使用できる Wi-Fi 対応カメラを搭載した DJI Phantom FC40 ドローンを買ってもらいました。ほとんどの男性と同じように、私は新しい贈り物を受け取ったときとても興奮しました。

説明書なんて必要ない、と思いました。しかし、必要なので、すぐにクイックスタートガイドを見つけました。そこには、スイッチを切り替えて音と光を聞くように指示されていました。これを実行するときは、ドローンを垂直軸と水平軸の両方で回転させる必要があります。完了すると、ドローンのライトが緑色に変わり、プロペラが機体を空中に引き上げます。私が最初にしたのは、ドローンをできるだけ高く飛ばすことでしたが、数秒以内にドローンと雲の区別がつかなくなってしまいました。次にドローンを約 20 フィートまで持ち上げ、水平に前進させました。

すぐに、ドローンを制御するのがいかに難しいかが分かりました。ドローンには方向ナビゲーションの特殊性がまったくなく、左折が直進になったり、その逆になったりするからです。数分後、ドローンが見えなくなり、音も聞こえなくなり、妻が「あの 800 ドルのドローンをなくしたんじゃないの？」と驚いて言いました。

私は操縦装置から指を離し、プロペラの反響音が聞こえることを期待しながら、最後にドローンを見た場所に向かって歩きました。しかし、何も見つからず、デバイスを紛失したことは明らかでした。 10分ほど探した後、もう希望を失っていたのですが、突然、ぼんやりとプロペラの「ブーン」という音が聞こえてきて、その音はだんだん大きくなってきました。私は興奮していましたが、ドローンが私の上を飛んでからまた私の家に向かってくるとイライラしました。そこで私は、誰かがハッキングしたのだろうか？なぜそんなことをするのだろう？と疑問に思いながら、必死にその装置を追いかけました。心臓発作寸前で、ドローンが停止し、ホバリングして、私が放した場所までゆっくりと降下するのを見守りました。その時、これは IKEA 製品ではないことがわかり、説明書を完全に読む必要がありました。

ドローン技術

ドローンというとクアッドコプターを思い浮かべることが多いですが、実際にはドローンには固定翼（飛行機）、単回転翼（ヘリコプター）、飛行船も含まれ、それぞれ用途、飛行時間、積載量が異なります。現在、ドローンには地上/水中用のデバイスは含まれていませんが、ロボット技術が急速に進歩するにつれて、この状況は変わると思います。

ドローン飛行技術の絶対的に重要な基盤は、31 個の衛星からの信号を使用して宇宙空間の任意の位置を正確に特定する全地球測位システム (GPS) の使用です。 GPSがなければ、これらのドローンは位置を固定できず、これらの小型エンジンが生み出すパワーやアクロバット飛行を見ることもできません。ドローン用に市販されている部品は非常にシンプルで、次のようなものがあります。

• コントローラー: ドローンを制御するために使用します。通常、フライトスティック、GPS ロックを無効にするトグルスイッチ、ホームに戻る機能があります。
• 受信機: 手元のコントローラーからのコマンドを受信します。コントローラーはフライトスティックの上下左右の動きをキャプチャし、ドローンの受信機に送信します。
• フライト コントローラー: 受信機に接続されたオンボード ドローン フライト コントローラーは、オンボード GPS 受信機およびカメラと統合されているため、風の強い日でもドローンは安定した状態を保ち、バッテリー残量が少なくなると自動的にホームに戻ります。カメラを内蔵しているため、障害物を回避することもできます。
• オンボード GPS 受信機: 衛星データを受信し、それをフライト コントローラーに中継します。フライト コントローラーは電子速度コントローラーを制御し、航空機の安定性を維持します。
• Wi-Fi/Bluetooth または近距離無線通信アンテナ: これにより、ドローンは電話/タブレット ベースのアプリに接続できます。飛行テレメトリをダウンロードし、ウェイポイントをアップロードし、機能をプログラムできます。したがって、プログラムがアップロードされると、ドローンはユーザーの介入なしに自律的に動作することができ、これらはモードとも呼ばれます。
• カメラ: カメラは、より直感的なコントロールと一人称視点 (FPV) の機会を提供します。 2017年以降、ドローンにはモーショントラッキングや障害物回避機能を備えたカメラが搭載され、フライトコントローラーと通信して、自律飛行時に木や家屋を避けるために飛行経路を調整できるようになりました。カメラは、オンボード受信機とは異なる無線信号を使用することが多いです。
• バッテリー: 搭載量（カメラなど）と飛行時間に基づいたサイズ。バッテリーは電子速度制御回路（ESC）に接続されます。 ESC は、フライト コントローラーからの入力を受け入れて、ドローンを 1 つの位置に維持したり、コントローラーの入力に基づいて移動したりする電圧レギュレーターです。本質的には、これは単なる電力レギュレータです。パワーが大きければ揚力も大きくなります。各モーターには 1 つの ESC があり、他の ESC との組み合わせにより、デバイスを回転または反転させることができます (GPS 自動操縦がオフの場合)。

私の DJI FC40 の前身は DJI Mavic です。 Mavic は、はるかに小型で、時速 60 マイル以上の速度で飛行し、飛行時間は 20 ～ 35 分、最大 6 マイル離れた場所から制御できます。一部のドローンはより大きな積載量を運ぶことができ、また無制限の距離でセルラーネットワークを介して制御することができます。

ドローン技術の未来

私たちはドローンの可能性をまだ垣間見ただけです。将来的には、そのシンプルさとともに進歩が、その使用を促進するでしょう。これは未来を垣間見るものです。

3D プリントの進歩により、耐久性のあるポリマー製ドローンをコスト効率よく印刷することが可能になりました。 3D プリントはますます利用しやすく、高度化していきます。

自動運転車に搭載されるバッテリー技術は大きく進歩しました。主要なバッテリー技術には、新世代のリチウムイオン、リチウム硫黄、固体バッテリーが含まれます。注目すべき組織と大学は、バッテリー技術の大きな進歩が目前に迫っていると主張するニコラ社とシカゴ大学です。これらのバッテリー技術に加えて、グラフェンにも特別な注意を払う必要があると思います。グラフェンは、非常に強力なワイヤーハーネス/ケーブル導体となる可能性を秘めています。これにより、機体自体がバッテリーとなり、ドローンで最も重いアイテムの 1 つが統合されるようになりました。

ドローンの最大の障害の 1 つは、機械の回転数 (RPM) に変換されるときに大量のエネルギーが無駄になることです。このエネルギーを節約することで、ドローンは現在のバッテリー技術を使用してより長く稼働できるようになり、新しい技術を使用するとさらに長く稼働できるようになります。 Turntide は、電気モーターの効率を大幅に向上させる新しいアプローチを開発しました。 Turnstide は暖房や換気システムに使用される大型モーターに重点を置いていますが、将来的にはテクノロジーがより小型のモーターへと移行していくと考えられます。

現在、映像や飛行制御の伝送にはさまざまな通信プラットフォームが使用されています。しかし、5G 通信により、ドローン間の制御、低遅延、FPV 用の高解像度ビデオも可能になります。

法

ドローンを禁止する州法や連邦法は実際には存在しません。これらの法律のほとんどは連邦法によって制限されており、航空機への干渉は違法となります。ドローンの脅威に対処するため、連邦航空局は2016年の法律を、GPS、速度、高度、経度、幾何高度、日時データを受信場所に送信することが義務付けられているリモート識別（RID）デバイスを通じてすべてのドローンを監視するよう設計された、よりシンプルな400ページの法律に拡大しました。私の意見では、このシステムは正直な人を正直に保つだけで、潜在的な脅威には対処しません。

脅かす

脅威は現実のものであり、ほぼ予想通りのものです。たとえば、道路を運転中に、不安定な運転手が車線を蛇行して出たり入ったりしているのを見たときなどです。このような突飛な行動を観察すると、警察に止められたり、事故を起こしたりするのではないかと思ってしまいます。その後、道路上では、警察官が交通違反車両を停止させる際に、おなじみの赤/青の点滅ライトが点灯するのを目にするでしょう。ここでドローン技術が使われます。ドローン技術の進歩により、ドローンがイベントに使用されるかどうかではなく、いつ使用されるかが問題であるという主張の妥当性が確固たるものになっています。それまでは、私たちは上空の空に部分的に焦点を合わせるだけでいいのです。