専門家の洞察: 5G とロボットの未来を実現する

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5Gの開発と導入は、特にアジアで加速しています。現場ではさまざまな試験が進行中であり、製品コンポーネントが間もなく発売され、テストは複数の領域をカバーしています。では、課題とエコシステムはどのように形成されるのでしょうか? 一緒に探っていきましょう。

ロボット工学と携帯電話通信が奇妙な組み合わせのように思えるのは、第 5 世代の無線技術である 5G が、以前の世代のように単にデータ速度とカバレッジを向上させるのではなく、無線経由でそのようなアプリケーションのニーズに対応する初めての技術だからです。世界的な電気通信規制機関である国際電気通信連合（ITU）がIMT-2020と名付けたこの野心的な標準規格は、携帯電話ネットワークの構築方法、接続可能なデバイス、運用周波数、および提供するアプリケーションを完全に変更することで、この目標を達成することになる。

第 5 世代のワイヤレス テクノロジーは、有線通信リンクではなくワイヤレスで自由に移動したり、クラウド コンピューティングやデータ ストレージ リソースを活用したりできるロボットなど、新しい世代のロボットへの道を開きます。これらの機能により、ロボットはほぼリアルタイムで動的かつ正確に制御され、ローカルおよびグローバルに人や機械と接続できるようになります。つまり、5G は「未来の工場」などのアプリケーションや、これまでは携帯電話やロボット技術の能力を超えていた多くのアプリケーションを完全にサポートすることになります。

しかし、彼らはまだ人間を必要としているのでしょうか?

昨今、ロボットと人工知能（AI）がどのようにして世界を支配するのかをめぐって多くの論争が巻き起こっており、その中には人類の運命にとってかなり暗い未来を示唆するものもある。ロボットの支持者は、ロボットは人間に取って代わるものではなく、人間を補完するもので、人間が得意としない機能もロボットが実行できると信じている。一方、ロボットが製造業やその他の産業で人間に取って代わり、何百万もの雇用を奪う可能性があると考える人もいます。ロボットが最終的に人間を見下すようになるかどうかはまだ分からないが、5Gによってロボットがこれまで以上に効率的に、より多くの用途で働けるようになることはほぼ間違いないだろう。

ロボットはすでに製造業のいたるところに存在しており、自動車産業が最も顕著な例と言えるでしょう。その他の主なアプリケーション例としては、産業および医療が挙げられます。 5Gのイノベーションによりロボットの能力はさらに拡大するため、ロボットの定義を拡大する必要がある。たとえば、自動運転車は、多数のセンサーからの指示に従って、人間よりも正確かつ確実に、そして迅速に判断し、機能を実行するロボットです。ドローンやその他の無人車両もこの範疇に入ります。

5G とロボットの相乗効果を理解するには、ロボットが大きな可能性を秘めているヘルスケアほど良い例はありません。 5G通信とクラウドの助けにより、ロボットは病院内で物をある場所から別の場所へ移動するなどの通常の機能を実行するだけでなく、医師が遠隔で手術をスケジュールし、ロボットが現地で手術を実行する遠隔手術も可能になります。このことは、2001年に内分泌外科医のジャック・マレスコーが、リンドバーグ作戦と呼ばれる作戦中に、フランスのストラスブールの患者の胆嚢を、約6,200キロ離れたニューヨーク市のコンソールから摘出した際に初めて実証された。

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2025年頃に話を進め、5Gとクラウドを介して地球上のどこにいても外科医と連携するロボットと人間で満たされた病院の手術室を想像してみてください。 1 か所以上の場所にいる専門家から、専門知識を提供するサポートをリアルタイムで受けることができます。これは空想的に思えるかもしれませんが、これはほんの始まりに過ぎません。仮想現実 (VR) とユビキタス クラウド テクノロジーを使用すれば、画像スキャンを患者の仮想的な 3 次元 (3D) 表現に変換できるはずです。

この「デジタルクローン」を使用すると、1台以上のロボットが実際の手術を実行する一方で、外科医は患者の仮想化上で遠隔的に手術を調整することができます。骨、組織、臓器はすべて「感じ方」が異なるため、医師は触覚的でありながら仮想的な「体験」をすることができます。本格的な遠隔手術が実現するのは10年先になるかもしれないが、5Gやロボット技術が成熟するにつれて段階的に前進し続けるだろう。

では、なぜ今ではないのでしょうか?

遠隔手術やその他の次世代ロボットアプリケーションを実現するために必要なロボットと「エコシステム」全体がまだ初期段階にあるという事実を除けば、現在の 4G ネットワークには、それらを可能にするために必要な特性がまったく備わっていません。つまり、ほぼ瞬時の応答時間が必要なため、レイテンシと呼ばれる指標をこれまでにないレベルまで削減する必要があります。レイテンシとは、基本的に、通信リンクのあるポイントで入力が開始されてから、別のポイントからエラーのない入力が返されるまでの時間間隔です。低遅延は、将来のロボット工学における信頼性の高いマシン中心の通信にとって重要です。

現在の 4G Long Term Evolution (LTE) セルラー ネットワークの往復遅延は約 50 ミリ秒ですが、ロボットなどのアプリケーションをサポートするために、5G 標準では 1 ミリ秒未満の必要性が認識されており、これは大きな技術的課題です。レイテンシをこのような極小レベルにまで低減することと比較すると、クラウドコンピューティングやデータレートの向上など、5G が約束するその他の利点は、不変の物理法則に直面するため、比較的「単純」です。

これを理解するには、真空中の電磁放射の速度が 3 x 108 m/s であることを考慮してください。地球の大気は真空ではないので、この最高速度は大気の影響でわずかに低下します。しかし、光ファイバー、地上および衛星通信リンク、信号が通過する電子機器や相互接続などのさらなる考慮事項により、その伝播速度は大幅に低下します。その結果、ポイント A とポイント B 間の物理的な距離が短いほど、待ち時間は短くなります。このようにして、5G はこのメトリックを 1 ミリ秒未満に短縮するという目標を達成する予定です。

5G では、クラウドを構成するデータセンターの数を地理的に大幅に拡大する必要があります。これは、ある場所のデータセンターが他のほとんどの場所から遠すぎる場合、レイテンシを許容レベルまで下げることができない可能性があるためです。この拡張は、1Gb/s を超えるデータ レートと新しいセルラー周波数 (現在使用されているものより 1 桁高い) の使用と相まって、1 ミリ秒未満の遅延で 1 ～ 100 km の距離をカバーできるようにするために不可欠な要素となります。

工場の再構築

5G は、1 ミリ秒未満の遅延が重要となるもう 1 つのアプリケーションである未来の工場の構築において重要な役割を果たします。クラウドでの事実上無制限の処理とデータストレージと組み合わせることで、5G 通信により、次世代の製造環境のロボットは、現在よりもはるかに多くのことを実行できるようになります。ロボットは、ロボット自身と工場労働者の間で膨大な量の情報を交換できるようになり、ウェアラブルなどの他の5G対応デバイスや拡張現実（AR）などのテクノロジーとともに「工場の現場」に革命をもたらすでしょう。

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エンジニアはスマート工場の自動化ロボットを制御・検査できる

ロボットが移動し、人と対話できるようになるため、製品の品質とオペレーターの安全性を向上させながら、生産スループットを大幅に向上させることができます。再構想された工場全体で極めて低いレイテンシを維持するには、ネットワーク内のエッジ コンピューティングに大きく依存する必要があります。エッジ コンピューティングは、数十年前に分散コンピューティングが実現したものと同様に、実際のアプリケーションが存在するネットワークの「エッジ」にインテリジェンスと機能をもたらします。

現場のロボット

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5GとGPSベースの地理位置情報によるロボットの「アンバンドリング」により、現在は不可能な機能を実行できるようになります。たとえば農業では、ロボットが畑を歩き回り、生育状況を監視し、ビデオやその他のセンサー情報を事実上どこにでも設置されたコンピューターに送信し、さらには散布、剪定、収穫などの作業も実行できます。 FFRoboticsという会社は、ロボット制御と画像処理ソフトウェアアルゴリズムを組み合わせた、いわゆる生鮮果物ロボット収穫機を開発しました。このロボットは、売れる農産物と傷んだ農産物、また熟していない果物や腐っていない果物を見つけて区別することができます。

ハイスループット植物表現型解析（HTPP）と呼ばれる技術は、遺伝学、センサー、ロボット工学を組み合わせて、新しい作物の品種を開発し、栄養価と環境条件への耐性を向上させます。これは、ロボットに搭載されたセンサーを使用してさまざまな特性を測定し、その結果をほぼどこにいても分析できる科学者に送信することで実現されます。他にも、農作業やその他農業の多くの側面をより効率的にするために、種を植えたり追跡したりするロボットが開発されています。将来的には、これらのタスクの多くは遠隔制御された機械によって実行される可能性があります。

要約する

5G がロボット工学を一夜にして変えるわけではないことを覚えておくことが重要です。5G を可能にするアプリケーションやテクノロジーの多くは、まだ初期段階、開発中、または現時点では構想段階にあるからです。むしろ、5G は、ロボット工学やその他の多くのアプリケーションを初めて完全に実現する、通信における新しい時代の始まりとして捉えられるべきです。さらに、移動ロボットが成熟した技術になるまでにはまだまだ長い道のりがあり、製造や生産から農業、捜索救助活動、広範囲にわたる捜索救助活動に至るまでの幅広い分野での大規模な応用が実現するまでには、まだ何年もかかる可能性があります。

5Gでは、ミリ波通信システムの開発からソフトウェア定義および仮想化ネットワークアーキテクチャ、そして多くのロボットが互いに干渉することなく狭いエリアで動作できるようにする新しいワイヤレスアクセス方法まで、ネットワークのあらゆる側面で多くのイノベーションが必要になります。その上、レイテンシーが隠れており、研究者たちはそれをほとんど無視できるレベルまで削減する方法を見つけなければなりませんでした。