LiDAR搭載の配送用ドローン – 物流のグリーン化とコスト効率化  

テクノロジーの進歩に伴い、様々な分野でドローンの有用性が明白になってきています。趣味で写真撮影に使うドローンから、高度なセキュリティを要する施設の監視に使う最新鋭のドローンまで、そのアプリケーションは無限大です。そんな中、近年ますます注目されているアプリケーションが、貨物・ロジスティクス分野における配送用ドローンです。

ドローンを配送に採用する際の最も大きな障壁の1つは、都市環境におけるエラーフリーなナビゲーションと操縦を保証する技術的な問題です。この問題は、LiDARのような目的に合ったセンサーを使用することで改善することができます。ドローンとLiDARの組み合わせは、LiDARのセンチメートルレベルの精度と周囲のリアルタイム3Dマッピングにより、配送アプリケーションへの採用を加速させるでしょう。

ロジスティクス業界の現在の課題

ロジスティクス業界の現状は、即日配送やサプライチェーンの短縮化により、以前では考えられなかったような大量の出荷に対応するために、各社がしのぎを削っています。例えば、2020年のホリデーシーズン、Amazonはなんと15億個もの荷物を世界中に配送しました。企業は競争力を維持するためにコストを削減しながら、配送量を増やし、配送を迅速化し、顧客を満足させるために、新しいテクノロジーを採用し、実験的なサプライチェーンモデルを試行錯誤しています。

しかし、どのようなサプライチェーンにおいても、最も大きな問題点は、ラスト・マイル・デリバリーと呼ばれるプロセスの最後の部分にあることが多いのです。  

ドローンがロジスティクス業界の課題解決に貢献する方法

ラスト・マイル・デリバリーにドローンを活用することで、大幅なコスト削減につながります。例えば、2016年の調査では、米国の中規模都市で米国の郵便会社の配達用バンと比較した場合、Amazon Primeのドローン配送方式では、手作業への依存を最小限に抑えられることなどから、1年で最も忙しい日に3分の1のコスト削減が可能になると指摘されています。

同様に、UPSは配送トラックにミニヘリポートを設置することを検討しています。
6万6,000台の配送トラックから1マイル（約1.5km）を省くだけで、最大5,000万ドルのコスト削減が可能になるという試算もあります。配送トラックと違い、ドローンは未開拓の低高度空域を利用するため、交通渋滞を回避することができます。配送時間が短縮されれば、顧客にとっては配送コストの削減につながり、企業にとっては収益性と売上アップにつながります。

配送用ドローンは現在どこで使われているのか？

2018年にAmazonのドローン配送プログラムが始まって以来、同社は複数の配送用ドローンの設計と数千時間のドローン訓練時間を経てきました。また、2020年には連邦航空局からドローン運用の許可を得ています。

また、Googleの親会社であるアルファベットは、オーストラリアのローガンで自社の未来型デリバリーサービスを開始しました。Wingという子会社を通じて、郊外型のドローン配送が現実味を帯びてきたのです。

配送用ドローンを実現するために必要なセンサーとは？

配送用ドローンが持つ大きな可能性を活かすには、信頼性の高い環境センシングによって、自律的かつ安全に飛行できることが必要です。オブジェクトの検知や回避に利用できる環境センシングの方法は、主に3つあります。最も一般的なのは、カメラなどの光学センシングです。カメラは非常に小型ですが、可視距離には限界があり、すべてのオブジェクトを検知することはできませんし、運用には大きなハードウェアと電源が必要です。

もうひとつはレーダーで、電波を反射させて移動する方法です。レーダーは検出距離が長く、時には1kmまで検出できることもあります。しかし、信号ビームの発散が大きいためにセンシング精度が低いなど、多くの制限要因も乗っています。つまり、レーダーベースのドローンは、そこに「何か」があることは検知できても、それが具体的に何であるかを解読することはできないのです。そして、機能させるためには大きなシステムサイズと搭載電力が必要です。

LiDARセンサーを搭載したドローンはどこで活躍するのか？

以上のように、ドローンが自律的にラスト・マイル・デリバリーを担うには、かなりの技術的ハードルをクリアする必要があります。そこで登場するのが、短いレーザーパルスを照射し、物体から跳ね返るまでの時間を記録することで物体との距離を算出するLiDARです。道路や建物、自然景観など、自然物や人工物の高解像度地図や3Dモデルを作成するための豊富なデータを取得することができます。

LiDARは他のセンサーよりも解像度が高く、より密度の高い点群を生成するため、受信した情報はよりロバストなものとなります。そのため、さまざまなアルゴリズムや分析をより柔軟に実行することができます。また、LiDARは、センチメートルレベルの精度と広い視野を可能にし、配送用ドローンが高度保持、障害物回避、着陸エリアのクリアランスなどの困難なタスクを達成することを可能にします。

ドローンにうまく組み込むことができるセンサーには、低消費電力で軽量、かつ体積の小さい測距モジュールが必要です。BlickfeldのCube 1は、LiDARセンサーとしては非常に小さな寸法で、この分野で際立っています。こうすることで、必要なパラメータに合わせることができ、最小限のバッテリー消費で最大ペイロード重量を長距離輸送できるようにします。

ドローンに搭載されるセンサーに求められるもう一つの特徴は、その堅牢性です。機械的な振動や、雨や霧などの気象条件下でも、詳細で信頼性の高いデータを提供する必要があります。Blickfeld LiDARは、この点においても高い性能を発揮します。ソリッドステート設計により、振動や厳しい照明・気象条件の影響を受けずに済むのです。LiDARセンサーは一般的に光に依存しないため、夜間に周囲の光がない場合でも、カメラと同じ正確度と信頼性で動作することができます。

配送用ドローンの法的制限 – LiDARが再び救いの手を差し伸べる

技術的なハードルの他に、配達用ドローンにとって最大の障害は、ほとんどの国が特定のエリアでの商業用ドローンの飛行を制限する息苦しい法律を有していることです。現在の空域制限では、ほとんどの空路がドローンの立ち入りを完全に禁止しています。

この不信感は、ドローンがあなたの家の上空を通過し、あなたの行動をあなたの同意や知識なしにこっそりと記録することができるというプライバシーに関する懸念から生じています。LiDARを搭載したドローンは、カメラなど従来から使用されている他のセンサーとは異なるユニークなソリューションを提供します。ドローンが目的地までシームレスに航行する一方で、操作中に匿名の3Dデータを記録するため、人の身元やプライバシーが損なわれることは決してありません。

都市部の貨物物流にLiDAR搭載ドローンを採用することで得られる環境メリット

企業にとってのコスト削減のほか、LiDAR搭載の配送用ドローンは、大気汚染を大幅に削減する可能性があります。現在、都市は世界の温室効果ガス総排出量の最大70%を占めており、総排出量の5.5%は運輸部門によるものだけであると言われています。増え続ける需要を満たすために企業や物流会社が大規模な車両に依存していることは、すでに過剰なストレスを受けている道路インフラを悪化させます。

交通渋滞を引き起こし、二酸化炭素排出量に大きな影響を与えているのです。例えば、トラックによる平均的な荷物の配送だけで、約1kgの温室効果ガスが排出されます。物流セクターは、電気自動車の使用だけにとどまらず、二酸化炭素排出量を削減するための破壊的イノベーションを模索する政策を採用する必要があります。配送用ドローンによる低高度空域の活用は、さらなる渋滞の脅威を減らし、都市インフラの圧迫を緩和することになります。

LiDARを搭載した配送用ドローンが物流の未来になる

マッキンゼーは、自動飛行するドローンを含む自律走行車が、将来的に全商品の80％を配達するようになると予測しています。そして、商業用UAV（無人航空機）市場は、今年220億ドル以上と評価されています！ドローンは成熟期にはほど遠いですが、事業運営や長期戦略におけるその有用性を無視すれば、企業は競合他社に後れを取る可能性があります。

LiDARを搭載したドローンは、サプライチェーンに革命を起こし、顧客満足度を向上させる真の機会を提供すると同時に、ラストマイル物流に使用されている従来の道路網への圧力を軽減し、環境にも計り知れないメリットをもたらすことでしょう。