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ドローン産業の需要をGNAS SKYに込める東京航空計器の展望

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GNAS SKY 東京航空計器の展望2018年4月に開催された国際ドローン展で、突如姿を現した東京航空計器株式会社の新型ドローン「GNAS SKY」。ハイクオリティーを感じさせるその姿から、企業にドローンの導入を検討している人はもちろんのこと、ドローン業界の関係者からも注目が集まった。ドローンネクストは新たに無人航空機業界に挑戦する東京航空計器の全貌に迫る。

●Written by 芹澤 優斗(Yuto Serizawa)
●Photo by 松井 慎(shin matsui)
●取材協力 東京航空計器


先入観を捨てて”ドローンの価値”を見出す!

東京航空計器株式会社がブランド名にGNAS SKY(ジーナススカイ)と名付け、ドローンの開発事業に取り組んでいることを公にしたのは今年4月に開催された国際ドローン展でのことだ。

GNAS SKY

東京航空計器が発表した2台のGNAS SKYシリーズ

東京航空計器はマルチコプター型の多目的ドローンと、物資運搬用のシングルローターヘリの2種類をブースに並べ、ドローン業界における存在をアピールするに至った。

その東京航空計器のイメージといえば、航空機に搭載する計器類、センサー類、半導体などを開発することで知られ、歴代の航空機と航空業界を支えてきた老舗中の老舗。航空産業ではかけがえのない存在だ。

そんな航空産業を支えてきた大企業が無人航空機の業界に足を踏み込んだのだから、業界人やユーザーは驚きを隠せず、大いに期待を抱くのも無理はない。さらに、それに加えて衝撃が走ったのは「メイドインジャパンのドローン」であること。ご存知の通り、今となってはドローンのハード開発は中国メーカーが大半を占めている。その中でも東京航空計器は国産に拘り、1から10まで自社で開発しているのだ。この取り組み姿勢を聞くだけでも「頑張れ日本!」と応援したくなる。

だが、取り組みを発表して期待を得る一方で、ドローンユーザーが抱える相談や悩みが数多く存在することに気付かされる。とくに「風の強い日に点検業務をしたいが、飛ばせる機体が無いので、安心して飛ばせる機体がほしい」といった声が多かった。

東京航空計器は航空産業の老舗ではあるが、無人航空機業界への参入は他社と同じくスタートラインに立ったばかり。実際にユーザーの声を聞くのも初めてで、これらの意見が開発のヒントに変わっていく。

GNAS SKYの開発に携わる
マーケティンググループの隅田和哉氏

マーケティンググループの隅田和哉氏はドローンの活用方法について「くだらないと思うかもしれないけど、ユニークな場面でこそ価値を見出せる瞬間がある」と言う。例えばキャンプ場で呑んだくれて買い出しに行く人がいなくなった!そんな時はドローンがあればポチっと自動で物を運んできてくれる。はたまた鉄塔作業員が工具を持ち忘れて登ってしまった!そんな時もドローンがあればポチッと自動で工具を運んできてくれる。さらにはスカイツリーの工事を行なっている人にお弁当を届けたい!となれば、ドローンがあれば…といったようにちょっと冗談めいた場面での活用方法は数多くある。

そもそも自動運転技術が高まる現代で、自動車運送と真っ向に戦っても勝ち目はない。なのでドローンが目指すのは日常的な運搬ではなく、ドローンにしかできない非日常的な部分で価値観を見出していくことが必要だ。そういった価値観を持った実例を遂行して行くことで需要は徐々に増えてくると隅田氏は踏んでいるのだ。

国際ドローン展の後、東京航空計器はアメリカで開催されたエクスポネンシャル2018にも出展。ここでも新たな価値観に出会った。

お門違いだろう。と思いながらも上記2機のドローンとは別に、当初から開発していたエンジン搭載型のマルチコプターを展示したのだ。この機体の得意とするのは1時間以上飛べる点と可変ピッチ機構を採用している点。「今さらエンジン付きのドローンだなんて…」と出展を試みるも、このドローンがアメリカでは大好評。

エクスポネンシャル2018に出展した
エンジン搭載型マルチコプター

というのも、広大なアメリカの土地ではとにかく長時間飛べる機体が求められている。これまでの電動タイプのマルチロータヘリではせいぜい30分が限界。そこへ「1時間飛べるマルチコプター」というコンセプトがはまり込んだ。

日本でドローンといえば、モーターと電気で駆動するものが当たり前となっているが、環境が変われば価値観の見方や在り方は自然と変わってくることとなり、東京航空計器はこの価値観とニーズに合ったドローンを提供していく必要があるとしている。

 

再出発から始まったGNAS SKYの開発プロジェクト

そもそも東京航空計器が無人航空機の開発に取り掛かったのは何故なのか?

それは兼ねてから開発していたIMU(慣性計測装置)やモーションセンサーの進化から始まる。段々とロボット産業に移り変わって行く中で、様々な機器にIMUが搭載されていった。身近なものでは車やオートバイにも搭載され、姿勢を制御するものには無くてはならない存在となった。

そして、IMUを搭載することで世の中の機器の活用幅が広がっていくことを第一人者として再確認した東京航空計器は、“IMUを活用して無人の時代を切り開く!”と当時話題沸騰中だったドローンに着手することとなったのだ。これが2014年前後の話。

これをきっかけに完成したGNAS SKYを前に隅田氏は「自分たちで開発して自分たちで飛ばし切ることに意義があり、ここまでやってこそ自信を持って提供できると思えた。」と感じたと言う。この達成感と自社で1から作り上げることが純国産の拘りへと繋がっているのだ。

しかし、無人航空機の開発はそんなに簡単な物では無い。
GNAS SKYの開発に着手する前には、他社との共同開発とはいえドローン開発の中止を経験している。

ドローンの開発プロジェクトが始まった当初、他社との共同開発による、新ロータシステムを搭載したヘリ型ドローンを手掛けていた。切磋琢磨して両社が「産業用ドローンとしてこれ以上に良いものはないだろう。」と最高傑作を作り上げるに至ったヘリ型ドローンだったが、それでも開発中止を余儀なくされてしまったのだ。

東京航空計器はそれを受け、自社でドローンを開発、販売、普及までの一連の流れを作り上げるハードルの高さを思い知らされることとなった。しかし、そこで諦めずに自社でドローンを普及させて行かなければいけないだろう。という強い思いから再びドローンの開発に取り組み始めたのだった。

そして、最終的なGNAS SKYの在るべき姿は過去の開発経験の経験を活かし、他のドローンとの差別化に重きを置いた。他のドローンでは運用できない場所で運用できるドローンにすることで、付加価値を付けて活用の幅を売りにしていくとしている。また、そういったドローンの真の価値を生み出して行くことが普及促進に繋がっていくと自負している。

 

利用者と作り上げる最適なドローンを目指す

今回開発した2台のドローンはコンセプト機ではあるものの、実際に実証実験を実施できるクオリティーで完成された。国際ドローン展以降、想定していなかったユーザーからも数多くの反響が集まり、現在はその反響をヒントに精度を上げるためのテストフライトを数多くこなしていると言う。すでにGNAS SKYを使って実証実験をしたいという声が至る所からかかっており、今後はユーザーと親密に向き合い、一緒に実証実験を繰り返しながら要望に見合った機体を開発していく予定だ。

GNAS SKYのマルチコプター型ドローンは”多目的用途”というコンセプトを掲げている。これは用途に応じてカスタマイズすることができることや、あらゆる需要に応えることを意味している。

開発チームが想定していた用途は、空撮・点検・測量を主軸としたもので、GNAS SKYに興味を持つ人たちの需要と照らし合わせてもそれほどかけ離れてはいなかった。とくに空撮はまだまだ需要が高いとみており、他社のドローンでは運用できない場所や環境で空撮業務を遂行することがGNAS SKYの役目なのだ。なので、開発チームが想定する空撮は、趣味で飛ばすようなもではなく、あくまでも業務におけるプロの撮影現場を想定し、強風の吹く場所や、標高の高い山の中、気温によるハードルがある場所などで撮影ができるものを指す。

また、GNAS SKYは要望に合わせてカスタマイズができるのも強みだ。現状はカメラが搭載されていないが、カメラ用の搭載スペースも設けられていて、ジンバルの開発も自社で行える環境にある。場合によっては映画やTVの撮影に使うような大型の産業用ビデオカメラも搭載できるドローンに仕上げられるのだ。

というのも前述で述べたとおり、発表された2台のドローンはコンセプトモデルであり、これが完成形ではない。正式にリリースする時には、実証実験を経て形を変えて発表されることも大いにあり得る。正式リリースを発表する際には、ユーザーの要望を取り入れ、様々な用途に対応したドローンに進化していることだろう。

 

安定した飛行に注力したGNAS SKYの構造

一般的に取り扱うことができるメジャーな市販ドローンが登場して早くも5年。

「もっと早くからドローンが登場していてもおかしくないのでは?」と思っている人も少なからずいるかもしれないが、これには東京航空計器がドローン開発に着手するきっかけで述べたように、IMUの性能が大きく関わっている。

IMUは1980年代後半頃から実用化されるようになり、東京航空計器は航空機に搭載するIMUを開発し続けてきた。航空機に搭載するIMUといえば数千万円はする大型のもの。それがこの10年経たない間に小型化かつ高性能で、手軽なものに進化してきたのだ。これを受けて小型のIMUを搭載するドローンが登場し始めた。

しかし、実際には10年以上前にも小型のIMUは存在していたが、デバイスの性能が低く、6軸センサーなどは不具合が多かった。現代では当たり前のようにロボットや自動運転技術の制御に採用されているが、ドローンにおいてもIMUとFC(フライトコントローラー)の性能が高くなくては高スペックなドローンには進化していかないのが事実だと言う。

そして、東京航空計器はドローン用のIMUとして効果を発揮する新型のモーションセンサーを開発した。これがGNAS SKYの名前の由来でもあるGNASモーションセンサーなのだ。精度を高めた6軸センサーでドローンの姿勢制御を行うGNAS SKYの一番のキモとなる部分である。

また、IMUやFC以外にも近年では「AIでドローンを飛ばす」というフレーズを耳にしたことがあるかもれない。それはAIを搭載したドローンが周りの障害物や景色を画像認識することで、障害物を回避しながら飛ぶというもの。実際にエヌビディアコーポレーションなどが開発に取り組み、そのようなドローンを開発し、実在もする。しかし、当然ながらドローンを飛ばす部分はAIではなく、機体を安定して飛ばす技術はIMUとFCが補っている。ただし、現在のIMUやFCの性能では、今もなお完成形ではないと隅田氏は話す。すなわち、どんなにAIやその他のアプリケーションなどが発達したところで、飛行を安定させる技術という原点は常に付きまとい、東京航空計器は機体開発において一番注力する部分だと神経を注いでいるのだ。

東京航空計器が機体の安定性に注力するうえで、考える策はIMUやFCの性能向上だけではない。GNAS SKYにはプロペラ部分にも安定して飛ばす工夫が凝らしてある。それは、GNAS SKYの一番の特徴ともいえる可変ピッチ機構だ。この機構を取り入れたプロペラ構造は、飛行安定性の他にも多数のメリットを生み出す。

プロペラユニットに内蔵された可変機構

通常のドローンは各プロペラの回転速度を変えることで推進方向を変えるが、可変ピッチ機構は複数のプロペラが常に同じ回転速度で回っており、ブレードのピッチ角を変えることで推進方向を変える。これにより、常に複数のプロペラの回転速度を同じ回転速度にすることができ、尚且つモーターを1つで済ませられるのだ。また、通常のドローンはモーターの回転速度を変える時に多少の遅れが生じてしまうが、可変ピッチ機構にはそういった物理的なタイムラグが少ないこともメリットとして挙げられる。

ドローンが普及した理由には、各プロペラひとつひとつにモーターを配備するというシンプルな構造が受け入れられたという面もあるが、本当に飛行性能が良いドローンを作るとなると可変ピッチ機構が望ましいという。

しかも、通常のマルチコプターに比べて風に強いこともあり、実証実験では10m/s以上の風にも耐えることができるという実証結果も出ている。このようなメリットを考慮したうえで、東京航空計器は飛行安定性や耐風性を重視し、可変ピッチ機構を採用した。

では、何故可変ピッチ機構のドローンが他社から発表されないのか?
という疑問については、単純に機構が複雑で開発難度が高いことに尽きる。

リンク機構とサーボモーターで構成される可変ピッチ機構は一見簡単そうに見えるが、実は緻密な計算が必要とされる。マルチコプターであれば、4つのプロペラの動きに些細なズレが発生するだけでも安定して飛ぶことが難しくなるのだ。

プロペラやボディーにはカーボンが採用された

GNAS SKYは12セルのバッテリーを搭載することで約30分の飛行を可能とする。この飛行時間には機体の重量が大きく関与しており、1gでも多く軽量化することに務めたという。GNAS SKYはコンセプト機ということもあり、ボディーはカーボンを採用することで軽量化を図り、上部はカーボンのままでは電波を通さないのでFRPを採用した。

例えば、ボディーの素材をアルミニウムなどに変えるだけでも重量はかなり重くなってしまうと言う。コンセプト機なのでコスト面についてそれほど重きを置いて削減していないこともあって、機体重量はバッテリーを含めない状態で10kgまで抑えた。

しかし、「産業用として使用するドローンで飛行時間が30分というのは少々物足りないのでは?」という問いに対し、バッテリーにおいてはこれ以上エネルギー密度が高いものが出てくる可能性は低い。もし出てきたとしても10%〜20%程度向上するのが限界だ。と話した。

なのでこのバッテリーをどう活かして利用するか?を現在は考えているという。もちろん省エネや軽量化を図って設計はしてあるが、その他の部分ではペイロードを増やすか?バッテリーの個数を増やすか?という重さの割合も工夫している。そういった発想を考案していった結果、バッテリーは個体を増やすしか方法がないのに対して、エンジンならば!という発想に至り、エンジン駆動のマルチコプターが誕生したのだった。

では、物資運搬用としてモーター駆動のシングルローターヘリを開発するに至ったのは何故なのか?ラジコンヘリのイメージが強いので飛ばすのが難しいと勘違いする人も多いが、実はマルチコプターよりもシングルローターヘリのほうが飛行安定性に優れている。というのもシングルローターヘリはジャイロ効果を発生させることが安定につながっているので、マルチコプターよりも安定した飛行が可能なのだ。逆に姿勢制御が無く、水平を保てないマルチコプターは、シングルロータのラジコンヘリと比較しても扱いが難しい。

GNAS SKY 物資運搬用シングルローターヘリ

同社のシングルローターヘリのドローンにはペイロード5kg分の荷物を格納するカーボン製のボックスが搭載されていて、ここに物を収納することで物資をスピーディーに届けることを実現した。

 

ドローンを管理する自社開発のグランドステーション

自社開発したグランドステーションとプロポ

通常のドローンであれば機体とプロポがパッケージになっているが、操縦の無線状態や機体の状態などを全てプロポやタブレットに任せるのはリスクが高いことから、東京航空計器は自社開発のグランドステーションと呼ばれるシステムを開発した。

これを機体とプロポの間に仲介することで、機体の状態を明確に管理することができる。この情報を受けて初めて機体に適切なコマンドを送ることができるのだ。

グランドステーションには地図の表示、ウェイポイントの表示、機体の水平角の表示、プロペラの回転状況や異常探知を備えたモニタリングシステム、ルート作成機能及び撮影ポイントの設定、といったドローンの情報を可視化する機能が盛り込まれている。

ドローンの状態を一目で確認できるグランドステーション

意外にグランドステーションのようにドローンの状態を可視化するシステムをパッケージにするメーカーは少ない。仮にあったとしても専門的な数値や図形などを使用している物が多く、一般的には分かりにくい。そこで、東京航空計器では航空機のパイロットが確認する表示形式と同様のものを使っており、一般人でも視覚的に何を表しているのか分かりやすいものを採用した。

無人航空機も航空機と同様に、飛行させるにはあらゆる情報が必要になるのは間違いない。必要だと思われる情報を過不足なくグランドステーションに詰め込んだつもりではいるが、今後の需要に合わせてカスタマイズしていけるのも自社開発のメリットである。

自社開発されたプロポはボタンのカスタマイズも可能

また、カスタマイズといえば、GNAS SKYはプロポも自社開発している。これはユーザーに合わせて必要な位置に必要なボタンをセットできるからだ。それに加え、無線の関係は一番シビアに考えており、あらゆる機器との混信や、制御不能になった場合の可能性を考えたうえで、自社開発のプロポを採用しているという。

現状は2.4GHzの周波数帯を使い、1.5㎞〜2㎞弱くらいまでの通信を可能としているが、目視外飛行ができるようになった時に備え、169MHzや5GHzの周波数帯の利用も視野に入れている。やはり、目視外飛行となると10㎞〜50㎞圏内で運用できないと意味がなく、現状の2.4GHzの周波数帯ではどんなに頑張っても10㎞が限界なのだ。このような背景もあり法律の面でも限界を感じているのが心境だ。

最近は各所でLTEなどの携帯回線を利用したセルラードローンの実証実験を行なっているが、現状では実証実験以外にLTE等を利用することは原則禁止とされており、特別な場合のみ利用が許される。実証実験は進んでいるが、混信などの危険を考慮することから、実際に運用できるまでにはまだ時間がかかると隅田氏は話す。

とはいえ、縛られた環境で時間を費やしている暇もないので、様子を見ながら臨機応変に開発を進めている。今後は、グランドステーションを使った複数のドローンを飛行管理するシステム(UTM)の開発を進める予定だ。目視外飛行ができるようになれば1人で複数のドローンを運用管理することが鍵となってくることは確かなので、他のUTMとの連携も視野に入れながら、実用化に向けて開発を進める必要があるとしている。

 

誰にでも扱いやすい機体を提供する安全性とメンテナンス

東京航空計器のビジネスプランにはGNAS SKYを提供するだけでなく、安全に取り扱うためのレクチャーやメンテナンスのレクチャーもパッケージに含んだ状態で提供したいと考えている。

産業用ドローンとして使用する以上、必ずメンテナンスが必要となってくる。このメンテナンス作業は自転車のメンテナンスなどと同様に、ユーザーが自己で手軽に行えるように機体構造に工夫をしていかなければならない。だが、現状ではテストフライトの時間が不足しており、「何時間に1回はメンテナンスをする。この部分は特に注意。」といったデータが収集できていないのだ。今後はテストフライトや実証実験を何百時間と繰り返し、データを作っていく必要がある。

一方で隅田氏は、おそらくドローンの取り扱いが免許制になるだろうと見込んでおり、その中の項目として、車の12ヶ月点検のように基本的なメンテナンスについての知識も学ぶべきだと考えている。

そして、メンテナンス以前に販売時点でしっかりとした運用レクチャーを実施するプランも用意する。販売に関しては、汎用的に広いユーザーに売るよりも、実証実験を繰り返しながらパッケージとして安全な運用のレクチャーを踏まえて販売するという形が一番望ましい。さらにその時点で関係者である複数の人に扱えるようになってもらうのが最善であり、東京航空計器が目標とするところなのだ。

もちろん、操縦者の安全性だけでなくセーフティー機能もドローンに組み込むことも視野に入れている。例えば飛行前に基本動作のプリチェックを行わないと離陸できない仕組みにするといった道義付をしていく。プロポの一連の操作を入力しないと離陸ができないといった航空パイロットと同じような事前チェック方法が今後の安全にも大きく繋がってくる。

今後、地方自治体や防災関係などへの導入も考えており、その時に安全面は第一に優先されるのでしっかりとプランを練る必要がある。しかし、それ以前に地方自治体や防災関係者のドローンに対する認知度や理解度が低いことも確かなので、まずはそういった部分から変えていくことが優先されるのだ。

最後に東京航空計器の今後の課題として、他社のドローンとの差別化を行なっていくうえで、世間一般的なドローンに関する問題点を解決していくことが求められる。そしてどこまで実用レベルに仕上げることができるのか?というのが東京航空計器に課せられた今後の課題となって行く。

東京航空計器は新たにGNASの公式WEBサイトを設立し、GNAS SKYへの要望や質問も常時受け付けているので興味のある方は確認してみてほしい。
https://www.gnas.jp/

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この記事は私が書きました。

DRONE NEXT編集長。1989年静岡県生まれ。自動車業界を経て、学生時代から趣味で乗っていたバイク好きが高じて2014年にバイク雑誌ヤングマシン編集部に配属。ある日、ドローンの新たなる未来と可能性に興味を持ち、2017年5月からドローンのフライトを始め、JUIDA認定校のドローン大学校を修了。