海の変化 - 海洋研究の新たな方向性を示す
ProMareとIBM、自律航行船メイフラワー号を進水

「最大の課題は海そのものです」と、海洋研究・探査組織ProMareの共同創設者であるBrett Phaneuf氏は言います。「海がどんな困難を課しても生き残ることができる船は、これまでに建造されたことがありません。」

1620年、幾多の困難が待ち受けるなか、初代メイフラワー号の乗客102名は、より良い未来への希望を胸に、イングランドのプリマスから新世界への危険な旅に出ました。そして2016年、プリマスの地域コミュニティの会合で、間近に迫ったメイフラワー号の旅400周年の記念に何をするかが話し合われました。そのとき、海が長年突きつけてきた困難や発見への新たなインスピレーションに背中を押されたPhaneuf氏は、立ち上がってこう問いかけました。「過去を回想するのではなく、この機会を未来へと前進するために使ってはどうだろう」

Phaneuf氏は数年前に英国に移住し、主に安全保障産業や防衛産業向けに小型潜水艦を設計・製造する会社、MSUBsを設立しました。自律システムに対し長年にわたり興味を持っていたPhaneuf氏でしたが、まだ自律水上艦には着手していませんでした。しかしこの瞬間、チャンスを見出したのです。

Phaneuf氏はこう語っています。「プリマス市が初代メイフラワー号のレプリカを建てようという話をしたとき、私は『それはもうマサチューセッツにあります。私はそれに比較的近いところで育ちましたから』と言いました。その代わり、私たちは次の400年の海洋事業について語るべきです。ピルグリムたちがしたことにインスピレーションを得て、新たな始まりに向かっていきましょう」

Phaneuf氏が自分のアイデアを売り込むのには絶好のタイミングでした。そのアイデアとは、初代メイフラワー号の航路をたどって大西洋を横断し、航海中、そして将来にわたって重要な海洋研究を行う自律型無人船です。「自律航行船メイフラワー号(the Mayflower Autonomous Ship)のアイデアが生まれたのはそのときでした」とPhaneuf氏は言います。「今は略してMASと呼んでいます」

海洋に関する科学的知識へのニーズが高まりつつあることが、MASに対するPhaneuf氏のビジョンを後押ししています。同氏によると、「地球の表面の3分の2は水で覆われているにもかかわらず、私たちはまだ、その5%も探索できていません。海はこの地球の気候全体を左右します。だからこそ、海洋についての知識の欠如は、私たちにとって脅威なのです」

フルオートメーション

 

センサー、エッジ・デバイス、意思決定の自動化、およびコンピューター・ビジョンにより、完全な自律性が実現します(人間の介入は必要ありません)

現在の状況

 

MASの大西洋横断航海は現在進行中です

自律船には、その機能が何であれ、目的に合わせた設計になるという利点があります。つまり、船は水上ホテルではなく機械として設計されます。「船舶から人の要素を取り除くことで、設計の全面的な見直しが可能になります」とPhaneuf氏は言います。「船の構造や機能だけに集中できるようになるのです」

しかし実際には、Phaneuf氏とProMareは、人間が舵をとらない自律航行船を海上に出す鍵となるのは、船内のインテリジェンスを強化できるコンピューティング技術であることを知っていました。ProMareは、MASがビジョンから船舶へと飛躍できるよう、AI、エッジコンピューティング、科学研究における深い専門知識に加え、世界の海運業界と仕事をした経験を持つテクノロジー・パートナーを必要としていました。

2016年末、ProMareの造船技師がスイスのコンファレンスでMASのコンセプトを発表し、聴衆として参加していたIBMの数名は、Phaneuf氏のビジョンに興味をそそられました。

Phaneuf氏は語ります。「メイフラワー号プロジェクトの初期に、私はCTOに "Captain Watson"を作ってもらうために協力してほしいと言いました。IBM Watsonの開発チームがかつてない強力なAIを作るのを、幼い頃からこの目で見てきたからです。それこそが、私たちの船が海を渡るために必要なものなのです。IBMの人たちは信じられないほど寛大で、優れた能力を持ち、喜んで支援してくれて、私たちは幸運でした」

AIやその他の新技術を活用し、効率的で無人で環境に優しい新たな種類の船を開発することで、MASは、今最も必要とされている海洋探査の新時代を切り開きます。 Brett Phaneuf氏 ProMare共同創設者、自律航行船メイフラワー号プロジェクトのディレクター
私たちが望む海のために必要なデータ

地球の表面の71%を覆う海洋は、世界の酸素の半分以上を生成し、地球の気候を調節し、地球温暖化の影響を軽減するヒートシンクの役割を果たしています。しかし、巨大な海洋といえども、人間の活動の影響を受けないわけではありません。今日、海はかつてないほど汚染され、温暖になり、酸性に傾き、頻繁に嵐が発生しています。

衰えていく海洋を回復させるため、国連は2021年から2030年を持続可能な開発のための海洋科学の10年とすることを宣言しました。この世界的な取り組みは、海洋への理解を深めることで海を保護し、より持続可能な方法で管理しようとするものです。そして、海洋への理解を深めるための鍵は、より多くのより優れたデータです。

それにもかかわらず、海洋ほど広大で複雑なシステムに関するデータを収集するには、莫大な費用がかかります。また、海洋のような過酷な環境で調査を実施すると、船や乗組員も高いリスクにさらされます。このコストとリスクのために、実際のところ、海洋表面の広大な領域が依然として未調査のままとなっています。気候変動、プラスチック汚染、生息地の劣化、海洋生物の保護、その他の重要なテーマに関して、その知識は未だに不均衡です。

「私たちが持っている海洋データのほとんどは、商業航路が存在する場所に偏っています」とPhaneu氏は言います。「残りの部分を探索するために、社会として、5,000万ドルから1億ドルもする巨大な調査船を建造し続ける余裕はありません。仮に建造できたとしても、いくらあっても足らないでしょう。しかし同時に、海洋研究に対するニーズの高まりを無視する余裕もないのです」

MASのような自律調査船は、他の陸上、船舶、衛星ネットワークと統合し、現在の比較的小規模な有人調査船団では不可能な規模と費用対効果で、海洋に関するデータを収集することができます。「だからこそ、私は海洋探査にロボティクスと自律性を利用することに興味を持ちました。海のうち、人間にはどうしてもアクセスできない部分を切り開くのです」とPhaneuf氏は言います。

ProMareとMASプロジェクトが構想しているように、将来の海洋調査では、乗組員の有無、サイズ、自律性のレベルがさまざまな船や装置がハイブリッドに混ざり合い、データの量と質を高めるために連携するでしょう。

最近まで、船員や科学者を増員してコストのかかる危険な航海に送り出すことなく、より多くの海洋データを蓄積するという目標は、達成不可能だと思われていました。AI、エッジコンピューティング、関連テクノロジーは十分に堅牢で、真の自律性を実現する準備ができているのか。この質問に対する答えにすべてがかかっていました。

Phaneuf氏はこう言います。「歴史を通して、船舶は技術開発の絶対的な最先端にありました。商業や人々の移動に必要とされていたためです。MASによって最先端技術が船に応用されるのも驚くべきことではありません。船舶は常に、最前線に立ってきました」

承知しました、AI Captain

スタートレックを彷彿とさせる流麗な形状をもつMASの非常に安定したトリマラン船体は、太陽光発電を利用したハイブリッド電気推進システムによって駆動され、10ノット超で波に乗って進むことができます。MASには、高精度慣性航法装置、衛星測位システム(GNSS)、レーダー・センサー、衛星通信装置、気象計器も備わっています。

ProMareが提示した仕様に従ってポーランドで建造された、5トン、長さ15メートルのこの船には、造船術における先進的な機能が多数組み込まれており、そのすべてが長期航海によってかかる負荷に耐えるように設計されています。しかし、このメイフラワー号には船長や乗組員のための寝台も調理室もありません。代わりに、この新しい種類の船を操縦し、平衡を保たせているのは、他の業界ですでに実証されている、IBMのコグニティブ・コンピューティング・テクノロジーです。

ProMareの関連会社であるSubmergence Groupのエンジニアリング・ディレクター、Don Scott氏はこう言っています。「私たちは、無人船における既存のテクノロジーを超えて、単に遠隔操作されるだけでも、環境に対応するだけでもなく、独自に学習し適応する船を作る必要がありました。4年前、この船の着想当時は、このようなシステムを船に搭載できるかどうかわかりませんでした。しかし、エッジコンピューティングを筆頭とする最近の進歩によって実現につながりました」

MASに完全な自律性、つまり人間の介入なしで動作する能力を与える船上の「頭脳」は、チームによって「AI Captain」と呼ばれています。人間の船長が船を任される前に何年もの訓練を必要とするのと同じように、MASのAI Captainも、航海のイロハを身につけるために何年もの訓練を受けました。

IBM Visual Insightsコンピューター・ビジョン・テクノロジーから生成された推論アルゴリズムとモデルのもと、AI Captainは、船、瓦礫、橋、小さな島々、その他の危険要素を認識できるよう、100万枚以上の航海画像を用いて訓練されました。AI Captainのトレーニングに必要とされる重要な機械学習処理の需要を満たすため、IBM Power Systemsサーバーが使用されました。意思決定をサポートする補助的な数理モデリングは、 IBM CPLEX Optimizerによって提供されました。

AI Captainは、船上のカメラ、レーダー、ソナー、AIS、その他の装置から要件を満たしたデータを受け取るとすぐに、IBM Operational Decision Manager(ODM)と呼ばれる自動ルール管理システムを利用して、国際海上衝突予防規則(COLREG)やその他の航海に関する協定に従います。ODMは、ローンの承認や顧客向けオファーのパーソナライズのために金融サービス業界全体で広く使用されており、意思決定プロセスの透明性の高い記録を提供することで、特定の意思決定が行われた理由が明確でない「ブラックボックス」シナリオを回避します。

陸上のコンピュータに接続することなく、環境を感知し、独立して賢明な意思決定を行うために、MASは15台のエッジコンピューティング・デバイスを搭載し、船上でデータを処理できるようにしています。ODMソフトウェアに基づく意思決定ロジックも、船舶上のエッジ・ワークロードとして実行されます。

すべてのエッジ・デバイスは、船の端部に配置されたセンサーにまでソフトウェアを適用するIBM Edge Application Managerによって安全に調整されます。IBM Maximo Application Suiteにより、インテリジェントな資産管理とメンテナンスが可能になります。「私はMASを究極のエッジ・デバイスと呼んできました」と Scott氏は言います。「すべてのカメラはインテリジェントなエッジ・デバイスです。バッテリー管理システムさえも、インテリジェントなエッジ・デバイスです。」

航行が始まると、MASのAI Captainは、ODMの推奨事項、ならびにIBMのグループ企業であるThe Weather Companyからの最新情報と予測に基づいて継続的に選択肢の評価を行い、危険を回避し、航行に関する決断を下し、目の前の調査任務を遂行します。

すべてのデータとアプリケーションのシームレスな統合、安全性、MASネットワークのあらゆるエッジからの接続を維持するIBM CloudIBM Cloud Object Storageは、どんな場所でも、たとえ大洋の真ん中であっても、ミッション・クリティカルなワークロードをサポートするように設計されています。

Red Hat Enterprise Linux®(外部リンク)で実行される安全管理機能も、AI Captainの決定を支援し、MASと近くの船舶の安全確保に貢献しています。

AI Captainが訓練を重ね、海上での合計自律走行時間を伸ばしつつある中、ProMareはすでに、MASプロジェクトを超えたこのテクノロジーの将来に目を向けています。「私たちがAI Captainのために開発しているソフトウェアのいいところは、有人船にも導入できることです」とPhaneuf氏は語ります。「タスクの実行能力を強化し、人間の創造的な部分を解放することで、より優れた人間に、この場合はより安全性の高い人間になることができます」

科学と商業のための酔わない船

新型コロナウイルス感染症の世界的流行による混乱にもかかわらず、2020年にはMASプロジェクトの主要なマイルストーンが達成されました。船舶の建造が完了しようとしていたときも、ProMareとIBMのチームはプリマスのR&DステーションでAI Captainの開発とテストを行いました。桟橋の端から街の主要な港に突き出たR&Dステーションで、船橋におけるすべての動作が目の当たりになりました。このことも、AI Captainに船やブイ、その他の水上の危険物を認識し、回避する方法を教える上で極めて重要でした。

船の主船体とアウトリガー船体が最終組立のためにポーランドからイギリスに運ばれると、MASの主な目的である海洋に関する科学的知識の収集に向けて、より詳細な作業が開始されました。この船のモジュール設計の一部に、調査テーマに応じて調査キットを簡単に入れ替えられる3つのサイエンスベイがあります。IBM Researchは、MAS用に3つの初回調査プロジェクトを企画しました。海面と波高の測定、海水の化学組成の分析、水中聴音機によるクジラの鳴き声の聴取です。

「このプロジェクトで一番心躍ることは、私が普段から仕事で使っているテクノロジーを使って、海洋データの入手方法に革命を起こすことです」IBMのリサーチャー兼ソフトウェア・エンジニアであり、かつて海洋研究にも携わっていたRosie Lickorishはこう言います。「私たちはAI、自律性、ロボティクス、エッジコンピューティングを利用して、海洋からのデータ収集の規模をはるかに効率的に拡大できる新しいセンサーとデバイスを作成していきます。」

2020年の記念すべき日は、組立が完了したMASに正式に名が与えられ、プリマス港に進水された9月16日でした。また、MAS400.com(ibm.comの外部サイトにリンクします)も開設されました。これは、世界中の人々がMASプロジェクトをフォローし、その航海の最新情報を知ることができるライブ・ミッション・ポータルです。

海への進入を終えたMASは、2021年4月に予定されている英国から米国への処女航海に向けて、数か月にわたる海上試験と調査任務に挑んでいきます。Lickorishはこう語ります。「船に搭載されたセンサーを使用して、(衛星や海岸近くのセンサーからの)測定値を正確に調整する予定です。これにより、海運業や港湾業などに役立つ貴重な情報が得られると思います」

MASから得られた知見は、科学的な価値を持つだけでなく、海運や物流、石油・ガス探査、安全保障・防衛関連産業など、海洋上あるいは海洋付近で活動する多くの組織における現実的かつ持続可能な進歩を促すでしょう。

「自律航行船市場は、現在の900億米ドルから、2030年までに1,300億米ドル以上に成長すると予想されていますが、今日の自律航行船の多くは、ただ自動化されただけです。ロボットは新しい状況に動的に適応せず、オペレーターのオーバーライドに大きく依存しています」とScott氏は述べています。「メイフラワー号では、IBMのAI、クラウド、エッジ・テクノロジーを統合して、この地球で最大級に困難な状況下でも独立して機能できるようにすることを目指しています。」

2021年春、MASは英国から米国に向けて3,220マイルの航海を開始します。そのときまで日々カウントダウンが続きますが、ProMareはさらに前進しようとしています。「これから北極に行くつもりですし、地球周回航行についても考えています」とPhaneuf氏は言います。「私たちは今後何年にもわたってMASをプラットフォームとして使用し続けます。そして、MASが次世代の船にインスピレーションを与える存在になってくれればと願っています」

2021年4月が間近に迫る今、Phaneuf氏と彼のチームは初代メイフラワー号の大西洋横断に思いを馳せ、ピルグリムたちが未知の世界に乗り出したときに抱いたような希望と不安を感じています。「彼らと私たちとの最大の共通点は、成功するかどうかわからないということだと思います。それでも私たちは、リスクを取って挑戦したいと思います」とPhaneuf氏は言います。「私はチーム、特にIBMの力を借りて、必要なリソースを確保することに集中します。ですから、MASが海を横断してマサチューセッツ州プリマスに停泊するまでは、まったくリラックスできないと思います」

ProMareのロゴ
ProMareについて

海洋調査と探査を促進するために2001年に設立されたProMare(ibm.comの外部サイトにリンクします)は、コネチカット州チェスターに拠点を置く非営利法人で、501(c)(3)団体として登録されています。経験豊富な考古学者と海洋専門家によるProMareのチームは、海洋関連の歴史と科学の知識を向上させるために、独自に、また学術機関、企業、公共団体、政府機関と協力して研究プロジェクトを実行しています。

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