スマート農業 - 世界の食料供給を支えるIMU技術

September 25, 2026

主なポイント

人口の増加や気候変動が進むなか、食料に対する需要が世界全体で高まっています。それに対応するには、高精度の慣性計測ユニット（IMU）を活用したスマート農業の技術が不可欠です。
IMUは、半自律型／自律型の農業において、動きを認識するための中核的な役割を担います。播種、耕起、散布の各作業において、地上車両や航空機が高精度で再現性のある経路に沿ってナビゲーション／操舵を正確に行うことを可能にします。
AI、加速度センサー、IMUを活用することにより、設備の予知保全や家畜の健康状態のモニタリングが可能になります。つまり、農業従事者は問題を早期に発見してコストの削減を図れるようになります。
IMUを使用すれば、GPSを利用できない環境やその信号が弱まっている環境においても、位置情報や姿勢情報を継続的に把握することができます。それにより、途切れることのないナビゲーションを実現することが可能になります。

現在の農業は重大な転換点を迎えています。世界の人口は2050年までに100億人近くに達すると予想されています。一方、気候変動は農作物の生産に大きな影響を及ぼしています。例えば、耕作が可能な土地は減少し、栽培時期は乱れ、水資源は逼迫しているといった具合です。このような状況の下、人口の増加に対応するには、食料の生産量を現在よりも70%近く増加させなければなりません¹。しかも、旧来の農業には環境に対してネガティブな影響を与えているという側面があります。例えば、広範囲にわたる除草剤の散布、過剰な施肥、燃料を大量に消費する圃場作業などによる影響は増大し続けています。その上、若い世代の農業離れにより、労働力は深刻なレベルで不足しています。これらの課題が相まって、従来の農業の手法は能力の限界に達しつつあります。

増大する需要に応え、世界中で増え続ける人口に食料を供給していくには、農業関連産業（アグリビジネス）は、収穫量を最大化し、無駄を削減し、運用コストを管理することで、食料へのアクセスを維持しなくてはなりません。この先の道は、より高度な知見と精度を活用した農業にかかっており、その傾向はますます強まっています。実際、高精度のセンサー、AI、ロボット、IoT（Internet of Things）の普及により、農業の現場では、既にデータに基づく知見がもたらされています。そうした知見は、スマート農業の効率と生産性を高めることや、採算性の向上に役立ちます。

IMUの台頭

慣性計測ユニット（IMU：Inertial Measurement Unit）は、上述したような変革の中心にあります。IMUは多軸センサーの一種であり、コンパクトなデバイスとして提供されています。IMUを使用すれば、加速度、角速度、姿勢を測定することができます。その機能は、半自律型／自律型のアプリケーションにおいて動きを認識するための基盤になります。例えば、トラクターにIMUを使用した自動操舵の機能を実装すれば、cm単位の精度で畝の経路に沿って走行するよう誘導できます。また、IMUを備えるドローンを使用すれば、起伏の激しい地形の上でも散布用ブーム（ノズルを備えた散布用のアーム）を安定させることが可能になります。IMUは、人間が食べるものを育てる方法を静かに変革しています。実際、IMUはスマート農業の変革を可能にする強固な基盤になりつつあると言えるでしょう。

基盤の構築

上述したように、現在ではトラクターの誘導などにもIMUが使われています。ただ、それよりも以前に、IMUは自動車の走行中に人の命を守ることに貢献していました。1991年に、アナログ・デバイセズは世界初となる量産市場向けのMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）加速度センサーを発表しました。そして、そのセンサーを搭載したエアバッグ・システムは、世界中の自動車に標準装備されるようになりました²。

安全性を左右するセンサー分野において、そのような基礎的な取り組みを成し遂げたことで、アナログ・デバイセズは、高精度の慣性測定を実現するパイオニアとしての地位を確立しました。当社は、数十年にわたり、高性能なアナログ／デジタル信号処理と高度なMEMS製造の分野で経験を積み重ねてきました。現在、当社はIMU技術の最前線に位置しています。そして、農業からロボットに至るまでの広範な産業分野を網羅するソリューションから成るポートフォリオを提供しています。

今や、アナログ・デバイセズが提供する高精度のIMUは、作物の栽培、収穫、流通のあり方を一新しつつある次世代のプラットフォームにも組み込まれています。IMUをGPSと連携させると、播種、耕起、散布のための正確な経路に沿う形で陸上車両や航空機のナビゲーション／操舵を実施できます。また、IMUは動物の動きや行動のモニタリングにも活用できるので、畜産農家が家畜の群れの健康状態を把握したり、問題に早期に気づいたりするのに役立ちます。

IMUを加速度センサーやAIと組み合わせれば、故障が発生する前に機械の挙動の微妙な変化を検知できます。つまり、予知保全を実現することが可能になります。その種のシステムでは、振動の解析を実施することにより、ベアリングの不具合、不均衡、部品の緩みを早期に特定します。結果として、重要な播種や収穫の時期に、コストのかかるダウンタイムが発生しないようにすることが可能になります。

IMUは機械の“内耳”として機能します。

IMUの仕組み

IMUは加速度センサーとジャイロ・スコープを内蔵しています。それらにより、ロール／ピッチ／ヨーという3軸方向の加速度と角速度を継続的に測定します。IMUを使用すれば、動き、姿勢、位置に関するリアルタイムのデータが得られるということです。

そして、それらのデータをリアルタイムで処理することにより、その時点の位置、速度、姿勢の情報が得られます。IMUを利用した自律型／半自律型のシステムは、完全に自己参照的な平衡／方向感覚を備えるようになるため、GPSに一切頼ることなく、自らの位置を正確に把握することができます。

274億米ドル

2025年におけるIMUの世界市場の規模*

6.6%

2025年～2032年のCAGR（年平均成長率）の予測値*

* Expert Market Research、2026年³

GPSを利用できない場合のナビゲーション

高精度のIMUを使用すれば、概ね正常に動作するシステムではなく、常に正常に動作するシステムを実現できます。

高精度の最新のトラクターは、高さ8～12フィート（約2.4～3.7m）の車体の上に大型のGNSS（Global Navigation Satellite System）アンテナを搭載しています。このアンテナは、広大な圃場において数インチ（数cm程度）単位の正確さで車両の位置決めを行うために使用されます。トラクターが丘陵地や起伏のある地形の影響で傾いた場合、GPSを利用した測定値だけでは信頼性が低下してしまいます。IMUは、その傾きによって生じるアンテナの位置のずれを補正し、アンテナから得られる位置情報と地上における車体の実際の姿勢を整合させます。過酷なRF環境では、通信の途絶、干渉、季節による地形の変化などによって衛星の信号が劣化する可能性があります。IMUはそうしたギャップを解消し、トラクターが決して進路を見失うことがないようにする役割を担います。

農業は、必ずしも開けた圃場で行われるわけではありません。果樹園やブドウ畑では、密生する樹冠によってLバンドの衛星信号が遮られるという現象が生じることがあります。牧舎やサイロも、電波の死角を生み出します。そのような要因によってGPSの信号が遮断された通路においても、IMUを採用していれば、位置と姿勢を絶えず把握し続けることができます。つまり、途切れることのないガイダンスを提供できるので、信頼性の高い自律動作を実現することが可能になります。GNSSはマクロレベルの位置情報を提供します。それに対し、IMUは農機が正確な経路を走行し続けるための継続的かつ安定した能力を提供します。

精密さによる無駄の削減

IMUを採用した最新の農業機械は、インチ単位の再現性で播種、散布、耕起、収穫を実現します。IMUが中心的な役割を果たすことで、人間のオペレータよりもはるかに高い一貫性が維持されます。その精度は、時間が経過するにつれて累積的な効果をもたらします。例えば、播種時に個々の種子の位置を記録しておいたとします。そうすれば、機械はその後も個々の正確な位置に戻って施肥を実施できます。このように必要に応じて肥料や処理を施せば、化学物質の使用量を減らしつつ、効率と収量を高めることが可能になります。

ここでは、非常にわかりやすい例を挙げることにします。それは可変レート散布と呼ばれるものです。可変レート散布を実施する場合には、カメラとセンサーによって、雑草、作物、生育状態のばらつきをリアルタイムに識別します。また、GPS、IMU、制御用のソフトウェアにより、動作を停止することなく臨機応変に個々の散布ノズルの調整を実施します。その結果、除草剤、農薬、養分をより精密に散布できるようになります。それだけでなく、コストを削減すると共に、環境への影響を緩和できます。また、過剰に使用された化学物質が食物連鎖に取り込まれるという問題を最小限に抑えることができます。

2025年の時点で86億8000万米ドル

スマート農業システムの市場規模*

2034年までに260億米ドル

期待される成長*

* Intelmarket Research⁴

農業の過酷な現実に耐える設計

農業の環境において、慣性センサーは他の産業ではほぼ見られないほど厳しい条件にさらされます。トラクター、農機具、無人航空機（UAV：Unmanned Aerial Vehicle）では、持続的な振動、突発的な衝撃が発生します。また、大きな温度の変化にもさらされます。それらが原因で、時間が経過するにつれてナビゲーションの精度が低下してしまう可能性があります。肌寒い夜明けに始動し、最高気温に達する時間帯を含めた播種や収穫の長い1日を通して、農機は連続的に稼働します。その間、IMUはキャリブレーションされた状態と再現性のある性能を維持する必要があります。精密農業に使用されるIMUは、これらの要件をすべて同時に満たさなければなりません。そのため、耐振動性、温度に対する安定性、再現性のある精度は、IMUを選択する際の譲れない条件になります。

アナログ・デバイセズは、フュージョン・ファーストなアーキテクチャによって上述した課題に対応しています。これは、IMUを単独のセンサーとしてではなく、より大規模な測位／ナビゲーション／タイミング（PNT：Positioning, Navigation, and Timing）システムの一部として扱うというものです。このPNTシステムは、慣性センシング、GNSS、機体／車両に搭載された制御システムを統合したものです。その結果、IMUとGNSSのどちらか一方だけを使用する方法では実現できないレベルの性能が得られます。

このセンサー・フュージョンのアプローチにより、以下のようなことが可能になります。

GNSSを利用できない場合や衛星信号が劣化した場合にも、継続してガイダンスを提供できる
ブームを水平に維持したり、農機具を制御したり、傾斜を補正したりするために、ロール／ピッチ／ヨーの値を高い精度で推定する
農機をよりスムーズに誘導するために、速度とヘディングを高い頻度で更新する
初期化とコンバージェンスを高速化することで、圃場における生産時間を最大化する

空中のドローンに必要な精度

農業用のドローンは、精密農業に欠かせないツールになりつつあります。赤外線センサーやマルチスペクトル・センサーを搭載したドローンを使用すれば、数千エーカー（数百万m2規模）もの広大な農地を対象として、わずか数時間で、作物の調査、病害の検知、灌漑の監視、収量の見込みの評価を実施できます。そして、すべての農業用ドローンで中核的な要素として使われているのがIMUです。IMUは、GPSと連携してナビゲーションを実現します。それだけでなく、風の変化や振動の影響を補正して機体を安定させます。更に、衛星信号が劣化した状況にも対応します。

ドローンの小型化と軽量化が進むと、振動の影響を受けやすくなります。そうすると、IMUの性能がますます重要になります。例えば、AIを利用して、植物が生育上のストレスを受けている状態を検出したり、病害を早期に発見したり、収量が低下する前に灌漑が不十分な場所を特定したりするには何が必要になるのでしょうか。そのためには、安定した画像を取得し、正確な地理的位置情報を付与する必要があります。樹冠が密生する場所や起伏が大きい場所では、GNSSの信号が弱まる可能性がありますが、そうした場所の近くをドローンが飛行する場合、慣性ナビゲーションによってロールとピッチの安定性を維持します。また、高度の変化を滑らかにすると共に、機体の動きを確実に追跡します。それにより、安全な飛行と信頼できるデータの取得が実現されます。

Drone spraying crops in a green field at sunrise.

上記のような要件に応えるために、アナログ・デバイセズは「ADIS16607」を開発しました。この製品は、過酷な環境で稼働する高精度のシステム向けに設計されたIMUです。ADIS16607を使用すれば、GPSの有無にかかわらずナビゲーションをサポートすることができます。また、アビオニクス（航空電子機器）の制御や、カメラ／レーダーといったペイロードの光学式ブレ補正（OIS：Optical Image Stabilization）も可能になります。ADIS16607では、ジャイロ・スコープと加速度センサーの振動整流誤差（VRE：Vibration Rectification Error）の改善を図りました。その結果、より優れた耐振動性、より正確な位置決め、より高いUAVの安定性、よりレイテンシの小さいシステム応答が実現されました。このような高い性能が、組み込みプラットフォームにそのまま統合可能なコンパクトなパッケージで提供されています。

農業以外の分野にも広がる自律化

ここまでに説明したとおり、IMUは今日の農業を変革しています。ただ、他の産業アプリケーションにおいても、IMUの機能が極めて重要であることは証明されています。例えば、倉庫では、IMUをナビゲーションに利用するロボットが使われています。それにより、供給元から店舗の商品棚に至るまで、サプライチェーン全体の効率が高まりました。また、世界各地の港湾では、IMUを備えるシステムが、より高速かつより高い精度でコンテナを搬送しています。鉱山で自律走行車両を利用する場合、GPSの電波が届かない地下が稼働環境になります。IMUは、その稼働に不可欠な姿勢の情報や動きのデータを提供します。このように、あらゆる現場では、非常に厳しい条件の下で自律型システムを確実に動作させる必要があります。それらのシステムでは、高精度のIMUが中核的な要素として利用されているのです。

世界の食料需要が増加する一方で、耕作可能な土地は減少するという制約が依然として続いています。そうしたなか、スマート農業は、ある1つの産業における成功事例にはとどまらない存在になりつつあります。なぜなら、そこには、より広範な変化が表れているからです。その変化とは、高精度のセンシング技術を利用した自律型のシステムにより、人類が直面する非常に差し迫った課題の一つを解決しようとする動きのことです。解決すべき課題は、より少ない資源で、より多くの作物を生産し、世界に食糧を供給できるようにすることです。