2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of education programs for next-generation cooperation IoT system
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19K02991
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| Research Institution | Osaka Prefecture University College of Technology |
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Principal Investigator |
早川 潔 大阪府立大学工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (20325575)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和田 健 大阪府立大学工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (00469587)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | IoT / 組込みシステム / 実験教材 / 協調動作 / クラウド / ドローン / AI |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度の研究実績として，大きく３つ挙げられる．１つ目は，本校1年生または本校3年生対象の実験教材の開発，2つ目は実験教材に取り入れるための現場のIoTシステムの研究開発，最後の3つ目は実験の補助教材である本の出版である．
本年度では，本校３年生のIoT実験実習に追加して，本科1年生のドローンを活用したプログラミング学習教材を開発した．AIの推論エンジンを搭載しやすいマイコンJetson Nanoに変更して，教材開発を行った．昨年度の変更点としては，クラウドシステムをpubnubからAmbientに変更した．理由２つはある．１つは，Ambientでは視覚化ツールが充実していて，学生が実験結果を視覚化しやすいからである．もう1つは，本研究のメインテーマであるクラウドを介したIoT機器の助け合い動作がしやすいからである．
本実験のシステム構成は，センサー，Arduino，Jetson Nano，および新たに導入したAmibentで構成されている．この教材を使って，学生にIoTシステムを作成してもらった．フォトトランジスタを利用して入場ゲートの開閉と入場数のクラウド管理システムや温度センサーを使ったアナログ温度計や温度をクラウドに保存し，その温度からファンを制御するシステムなど様々なシステムが製作できた．
本校1年生のIoTシステムとして，ドローンを活用した飛行プログラミング演習の教材を開発した．昨年度のスクラッチに追加して，Pythonを使ったプログラミング飛行教材を開発した．
これらの実験開発を実社会につながったものにするため，企業共同研究でIoT・AIのシステム開発を行った．川金コアテックおよびエイワットとIoT・AIに関連する共同研究を行い，成果を国内外の学会で発表した．
さらに，これらの実験のセンサー素材について理解しやすくするため，電気電子材料の書籍を出版した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題では，IoT・AIを3段階に分けている．その3段階とは，１）見える化，２）制御，3）助け合い動作である．2019年度，見える化を達成し，2020年度および2021年度はモーターなどの制御実験に取り入れることができ，学生もその実験を活用したIoTシステムを組むことができている．2022年度と最終年度2023年度で助け合い動作の実験教材を作成させ，学生に実施してもらう予定である．
社会現場のシステムを取り入れるための共同研究も川金コアテックおよびフードテクノエンジニリングとの間で行い，現場でのIoT・AIシステムの研究を行っている．
また，2021年度からカンボジア王立プノンペン大学との間でIoT実験の指導しながら，国際間でのIoT教育を考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の第３段階に相当する助け合い動作に相当する実験教材を開発する．助け合い動作を行うために，通信ライブラリを導入する．通信ライブラリでは，協調動作に必要なバリア，排他制御などの同期通信も採用する．また，組込OSで採用されているメイルボックスなどの色々なバリエーションの通信ができるようなライブラリを開発する．模型自動車の衝突回避システムなどのシンプルな実験システム例を提示し，学生にはPBLを通して，助け合い動作をするIoTシステムを作成してもらう．また，ドローンの教材にAIを追加する実験教材も開発する．
これらの実験教材を開発するために，引き続き企業・大学との共同研究を行う．また，センサーとのIoT関連技術を実験に活かすため，大阪府立大学との共同研究で人体のバイタル情報を無線で送る技術の研究や医学系大学でのセンサー情報通信の研究を行う．
企業の共同研究では，フードテクノエンジニアリングに協力いただき，いろいろなセンサーを搭載して，それらから得られた情報で予知保全を行うシステムなどの複数センサーを用いた協調動作（助け合い）システムを研究する．川金コアテックに協力いただき，複数センサーを用いた，橋梁の異常判定システムを開発する．これらで得た知見を実験に活かす．これらの研究で得た成果を学会で発表する．これら企業と行った共同研究を今年度開発した通信ライブラリで実装し，それを実験教材にして，学生に提供する．
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| Causes of Carryover |
半導体の供給不足で，購入を予定していた電子部品や実験装置が2021年度中に購入できず，次年度に購入することになったため．
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