オンライン実験で活用できる教育用IoT機器の作製とその波及効果について

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K02906
• Research Institution: Otsuma Women's University
• Principal Investigator: 高橋 三男 大妻女子大学, 家政学部, 教授 (40197182)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 顕一 東洋大学, 食環境科学部, 教授 (50549368) ; 羽田 宜弘 (羽田宜弘) 環太平洋大学, その他部局等, 講師 (70713098) ; 舘泉 雄治 東京工業高等専門学校, 電気工学科, 教授 (80197392)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 二酸化炭素 / 酸素濃度 / 気圧 / 照度 / 教育用IoT

Outline of Annual Research Achievements

すでに温度、湿度、気圧、酸素濃度、二酸化炭素濃度、照度計の6種類のセンサを搭載した教育用のキットは出来上がっている。実験内容によって必要なセンサを接続することで、簡単に計測できる。令和3年度では、誰でも簡単に計測できるように、目視によってデータを確認するレベルシステムである。今後は、世界的な半導体不足をどのように対処するかにかかっている。さらにネットによるメリットとデメリットのバランスと考慮しながら、実験を積み重ねて行くことが、涵養ではないかと考えている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和3年度は、温度・湿度・二酸化炭素・酸素・気圧センサ・輝度センサをM5Stack に搭載しカラーで6種類の計測値を同時に表示することを目的とした。二酸化炭素濃度も400ppmから30,000ppmまで人間の一呼吸を計測できるようなセンサを選べることが確認できた。計測インターバルも5秒、10秒、30秒、60秒と仮の条件で計測できるようになっている。実験の内容によって、センサの種類を接続することで、簡単に測定できように、当初の試作品から比べると本体がかなり薄く、計測器がよりコンパクトになった。それぞれのセンサが正常な値を示しているのか適正な物理量が計測できるかどうかのセンサのキャリブレーション調整を行っている。
世界的な半導体不足により、本研究でもセンサが入手に困難を極めている状況である。特に二酸化炭素センサは、国内の飲食店に人数の確認に二酸化炭素センサを利用している関係で、現在でも入手が難しいだけでなく、価格も通常の３倍以上もするという有様である。今後は、コロナ禍や地震、気候変動やネットに繋げる場合のクラウド先の安全性の保障など、いつ起きるかわからないサイバー攻撃によるデータの保証など、様々な社会要因が影響しているため、今後の見通しが付かない状況である。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度は、【第2工程】
IoT機器の他にWiFiの設備が必要となる。家庭や学校でのWiFiでも，モバイルルータやスマホのデザリングでも可能で，インターネットに接続できれば何でも構わない。この段階では，クラウド上のサーバーに実験データを送信して，グラフ表示を行うことができる。これにより，24時間，365日，データを計測して，過去の任意の日時のデータを見ることができようにしたい。
しかし、
半導体不足がどのまで補えるか未定の状態である。また、近年は、いつサイバー攻撃の不安もあり、その対策も検討しなければならないと考えている。

Causes of Carryover

いくつかの学会の開催がZoomになったためと半導体不足による部品が入手困難になったために予算を来年度に繰り越したことによる。2022年度は、日本理科教育学会など対面開催を予定している。また、部品も入手可能になると思われる。