MCPC勉強会(zoom) 2021年11月18日(木）15:00-17:00

IoT/CPSの新しい応用やサービスをみんなで創る
オープン・プラットフォーム「Leafony」の最新動向
ー IoT/CPSアプリの開発効率を断然アップ ー
トリリオンノード 検索

トリリオンノード研究会
メニュー：Leafony

トリリオンノード研究会代表
東京大学 名誉教授
桜井貴康

https://www.trillion-node.org/

この資料の一部は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）助成事業の結果得られたものです。
© 2021 Trillion-Node RG

1

機能リーフ（モジュール）を組合せて創る
Leafonyプラットフォーム
Leafony

センサ

USB

マイコン
8-bit
32-bit

無線通信
BLE
WiFi
LoRa
LTE-M

電池
CR2032
CR2450単４x3
2~4V電池© 2021 Trillion-Node RG

2アウトライン背景
Leafonyとは頒布リーフ群
利活用シーン
Leafonyの進展

Leafony© 2021 Trillion-Node RG

3

IoT：アプリ、サービスが大切

IoT端末数コロナ時代の省人化、自動化、ネット化などにも効果
1313101010 12

10 12

10 11

10 11

10 10

10 10

１兆個
＝ 100万種類 ｘ 100万個
910 91010 820152020 年

2025

2030

10 8
2035

2020年に世界のIoT端末500億個、2030年に1兆個程度
農業、医療、産業用機器、民生機器、クルマなどに2030年まで経済波及14兆ドル
アプリやサービス探索が重要。特に、電源線がなく、小型が新しいアプリを開拓。
Cisco, ”Internet of Things At-a-Glance”
2021 Trillion-Node RG
World Economic Forum, “The Internet of Things and connected devices: making the©worldsmarter”

4

IoTアプリ開拓に向けたシステム開発の課題

構造物、工場、シティー、ウェアラブル用途などシステムは千差万別。
最初は数が少ないかもしれない開発効率の大幅アップ電源線がなく、小型、軽量が新しいアプリを開拓
H/W、S/W含めシステム開発が難しい小型・低電力
バリューチェーンが確立されていないアプリと技術をつなぐ仕組み© 2021 Trillion-Node RG

5

IoTアプリ開拓に向けたシステム開発の課題
構造物、工場、スマートシティ用途などシステムは千差万別。
最初は数が少ないかもしれない開発効率の大幅アップ
電源線がなく、小型、軽量が新しいアプリを開拓
H/W、S/W含めシステム開発が難しい小型・低電力

Leafony

バリューチェーンが確立されていないアプリと技術をつなぐ仕組み

トリリオンノード研究会© 2021 Trillion-Node RG

6アウトライン背景
Leafonyとは頒布リーフ群
利活用シーン
Leafonyの進展

Leafony© 2021 Trillion-Node RG

7

Leafony:簡単にアプリをトライできるプラットフォーム
超小型で組立簡単
電池動作可能オープンソース・ハード／ソフト
リーフ（電子基板）製作簡単
従来
Ex. ~500cc、~300g、~200mW
Standby不可

Leafony

Ex. ~10cc、~20g、~20mW (active時)~50μW (standby)

IoTシステムが容易に創れるプラットフォーム
トリリオンノード・エンジンプロジェクトで研究開発が終了した部分を公開したものLeafony (=Leaf + Symphony)© 2021 Trillion-Node RG

8

Leafonyとは© 2021 Trillion-Node RG

9特にエッジノードに最適
クラウド

ゲートウェイ
例：RaspberryPi、スマホ（長期電池駆動は難しい）

エッジノード （Things)
サイズ制約、エネルギー制約、新センサ  エッジノードに最適© 2021 Trillion-Node RG 10

Leafony（リーフォニー）の技術 小型化
超小型で組立簡単
電池動作可能オープンソース・ハード／ソフトリーフ（電子基板）製作簡単

従来Leafony© 2021 Trillion-Node RG 11

小型化のためのコネクト技術

不安定
ボード作製段階で特殊コネクタ必要

堅牢性向上のため、コネクタとねじ止めを同時に行うとハンダにクラック
異方性導電ゴムを利用したコネクト方式© 2021 Trillion-Node RG 12

独自開発の半田を使わないコネクト技術

異方性導電ゴム(ACR)
上のボード
シリコーンゴム

下のボード

ACRホルダー

細い多数の金属線の列

ブロック玩具のように組立簡単
リーフを設計、作製する上でコネクタは不要リーフ製作簡単© 2021 Trillion-Node RG 13

Leafonyバスの仕様だけ守れば接続可能

スペーサを入れれば高さも自由

この29ピン部分のみ
電気的／形状的仕様あり
大きさ自由
層数自由
高さ自由
どこでもできる設計ルール
どこでも誰でも作れる技術

ホルダー
異方性導電ゴムスペーサ
ナット

リーフを作製する時にコネクタは不要リーフ製作簡単
ブロック玩具のように組立簡単© 2021 Trillion-Node RG 14

コネクタの電気的特性

電源直流抵抗：50mΩ／コネクタ
周波数特性：500MHzまで1dB以下のロス
500MHz
３回測定

200回の組立直し、電源線ピン50mΩ以下
電源線1コネクタ当たりの抵抗値(Ω)

信号伝達ロス

はんだを使わないコネクション方式

0.050.040.03
0.02

1枚目から4枚目までの伝達特性
赤：コネクタ中央
青：コネクタ中央(組みなおし)
黄：コネクタ端

組立回数に伴う抵抗値変化

0.010020406080

100 120 140 160 180 200

組立回数© 2021 Trillion-Node RG 15

リーフ接続例

平置き例（フレキ接続）
平置き例の応用
腕巻き
ベルト

積層接続

熱圧着技術を使えばこんなに薄く© 2021 Trillion-Node RG 16

Leafony（リーフォニー）の技術 低電力
超小型で組立簡単
電池動作可能オープンソース・ハード／ソフト
リーフ（電子基板）製作簡単

従来Leafony© 2021 Trillion-Node RG 17

低消費電力アーキテクチャ
すべてのリーフにスタンバイモード付加
不使用の時にソフトで低消費電力化が可能
必要な時に測れる電池電圧モニターを付加
電池電圧モニター付き

V

ソフトウェア制御（待ち時間には）スタンバイ状態
スイッチオフリーフのすべての回路© 2021 Trillion-Node RG 18

個々のリーフの消費電力を容易に測定可能
従来：回路ブロックの電流測定が困難

Leafony
被電流測定リーフ

A

電流測定リーフ

被電流測定回路ブロック

AAA
電源線引き回し

電源線
電池リーフ

電源線の切断必要部分

電流測定リーフを入れるだけで個々のリーフの電流測定が容易
低消費電力システムのデバッグが可能電池システムの開発加速© 2021 Trillion-Node RG 19

低消費電力システムのデバッグ例
Bluetoothシステムの例：
電流測定リーフを使ってデバッグは容易に
対策後
対策前
ハード・ソフトによる低電力化
Leaf

送信時の電流[mA]

待機時の消費電流[mA]

Leaf

送信時の電流[mA]

AVR(μP)

3.6

0.112

AVR(μP)

3.60.005

BLE

3.30.009

BLE

3.30.009

Sensor0.1

0.002

Sensor

0.10.002

USB

1010USB

0.0010.001

合計

1710.1

合計

70.017

電池寿命

約３日待機時の電流[mA]

約1年

電池はCR2540(610mAHr) 、60分に30秒だけ活性化すると仮定。

© 2021 Trillion-Node RG 20

Leafony（リーフォニー）の技術 ソフトウェア
超小型で組立簡単
電池動作可能オープンソース・ハード／ソフト
リーフ（電子基板）製作簡単

従来Leafony© 2021 Trillion-Node RG 21

ソフトウェア開発も容易 デモ

このボタンを押すだけで、コンパイルやフラッシュメモリへの書き込みなどが自動的に行われる
ソフトウェアはArduinoコンパチ、数万本のソフトがダウンロード可（ミュージシャンやアート系の方も自らプログラムして利用）
CPUリーフを変更すれば、その他のソフトウェア開発環境でも使用可能。例：mbedなど© 2021 Trillion-Node RG 22

Leafonyのデータを一般公開完了
仕様書、回路図、パターン図、応用例、ソフトウェア*などオープン、商業的にも自由に無償で使用可
ライセンス関係の詳細はLeafony https://docs.leafony.com/docs/license/

Leafonyは商標登録。
リーフ上にLeafonyという表示はLeafony Systemsだけ

Leafonyバス

20mm x 5.5mmのバス領域。アートワークはCC-BYライセンスで公開。使用の際は、Leafonyバス準拠などと表示をお願い致します。その他のリーフのアートワークの著作権は主張しません。
*MITライセンス© 2021 Trillion-Node RG 23

アプリ例などビデオ化とドキュメント化して公開
教育用（LED&Mic&Vol）

よくあるIoTの例

外販のセンサを接続

デバイスとソフトウェアの関係を知るには好適

８エッジデバイスをPCにBLEで繋いでロギング

標準的になっているGroveコ
ネクタを使って簡単に接続

人が近づくと音が鳴る

エナジーハーベスティング

LoRa

人感センサを利用したCPS、冷蔵庫に子供が近づくと音が鳴るとか太陽電池を使って、昼に充電、夜も動くIoT

ドローンに載せて、11.8Kmまでデータ100%通信可能© 2021 Trillion-Node RG 24

アウトライン背景
Leafonyとは頒布リーフ群
利活用シーン
Leafonyの進展

Leafony© 2021 Trillion-Node RG 25

公開リーフ／キット一覧
通信Bluetooth

Extension Kit

マイコン

ESP32
Wi-Fi

LoRa

その他

USB
電源

Basic Kit

AVR
マイコン

ESP32 Wi-Fi Kit

電源

STM32
マイコン

CR2450
CR2032 2~4.5V コイン電池
コイン電池 一般電池

入出力

RTC &microSD

温度・湿度・照度・加速度
センサ

スピーカ
人感センサ

LED
Var. Rマイク

ディスプレイ

単三電池

Grove
コネクタ

コネクタ ナットx 10 プレート
x 10

各種接続

縦拡張
横拡張

29ピン
29ピン
ピンヘッダ
信号 電流測定付き
取り出し スペーサ

無線通信：BLE, Wi-Fi, LoRa, LTE-M© 2021 Trillion-Node RG 26

頒布キット ３種類
Basic Kit 2
コイン電池でも動くセンサ、BLE基本キット

ESP32 Wi-Fi Kit
ESP32(32bit CPU)、Wi-Fi対応パワフルキット（コイン電池では動作不可）

Extension Kit
各種の拡張機能リーフを集めたキット

トリリオンノード 検索© 2021 Trillion-Node RG 27

外部機関からのリーフ例
Nexty

32bit MCU１

32bit MCU２

Ricoh

太陽電池電源
電源Toshiba

指紋センサ

超低電力
加速度センサKeio1

BLEセンサKeio2

U.Tokyo

H2センサ
NOXセンサ CO2センサ
国際学会でデモ賞
KDDI

セキュアエレメント

USB

FPGA
Sony

セルラー無線LTE-M 自社プラットフォームとの連携© 2021 Trillion-Node RG 28

エナジーハーベスティング向けリーフ
外付け太陽電池電力を昇降圧電源回路により3.3Vに変換、各リーフに供給最大電力点制御機能
余剰電力をリーフ内の二次電池へ充電
リーフ搭載主要部品
降圧DC/DCコンバータ: R1800シリーズ
昇降圧DC/DCコンバータ: RP604シリーズ
LDO+バッテリーモニタ: RP124シリーズ
ボルテージディテクタ: R3117シリーズ

 高機能太陽電池ソリューション
表面20mmREDC-EH01
ブロック図

二次電池電圧1/3モニターTP裏面

電源スイッチ

充電チェックLED

27mm

充電チェックスイッチ

Chip1Stopで頒布中

3.3V TP太陽電池パ
ネル電圧TP

端子台

二次電池© 2021 Trillion-Node RG 29

ADI製加速度センサ搭載リーフ概要㈱ネクスティ エレクトロニクスでのリーフ開発事例
概要
Analog Devices Inc.（ADI）製加速度センサADXL362を搭載した
LeafonyプラットフォームのNEXTYオリジナル基板
特徴
ウルトラローパワー• 1.8μA (100Hz ODR測定時)• 270nA (wake-upモードスリープ)• 10nA (Standby時)
パワーセーブ用機能• モーション検知向けスリープ/ウェークモード• 自律型割り込み出力で、MCUをスリープから復帰
SPI制御
Chip1Stopで頒布中
温度センサ内蔵Copyright © NEXTY Electronics Corporation© 2021 Trillion-Node RG 30

アウトライン背景
Leafonyとは頒布リーフ群
利活用シーン
Leafonyの進展

Leafony© 2021 Trillion-Node RG 31

Leafony利用シーン
一般
IoTのProof of Concept (PoC)
IoTシステム試作サービス
技術の販売ツール
ICなどのレファレンスモデル作製
研究／教育
IoT教育
実験システム構築© 2021 Trillion-Node RG 32

職業能力開発総合大学校、教育にLeafony採用
北海道から沖縄まで約90校、約300キット利活用

Leafony解説本
https://shop.leafony.com/© 2021 Trillion-Node RG 33

小型化デモなどで技術の価値をアピール
実用化を加速（大学）慶應義塾大学、内田教授（当時）、石黒教授：人の呼気向け水素センサ端末（JST ナノエレCRESTの成果）
Leafonyでセンサリーフのみおこし、権威ある国際学会でデモ賞受賞
実用化を加速© 2021 Trillion-Node RG 34

人材育成とLeafony
企業社内 ハッカソン
IoT教育

埼玉大学 enPiT
IT教育授業© 2021 Trillion-Node RG 35

国際展開も容易：ダッカ大学の例

言語によらない汎用性© 2021 Trillion-Node RG 36

LoRaリーフのドローンへの活用例（企業）

JASA & MCPC ドローンWG @石川県 手取川© 2021 Trillion-Node RG 37

Leafonyを使ったシステム構築サービス提供
HAL engineering@ET展2019
ELECOM@ET展2019

IoT-EX@COMMAハウス
https://www.youtube.com/watch?v=7
pL0QEK2C_U© 2021 Trillion-Node RG 38

小型デモなどで顧客に技術紹介(株)東芝インフラシステムズ
指紋認証システムを、独自の指紋認証リーフとLeafonyを使って3Dプリンタで作成（外形：40×35×27（H）mm）

https://works.make.dmm.com/cases/630/© 2021 Trillion-Node RG 39

エレクトロニクス3Ｄプリンタでリーフを作る
株式会社ＦＵＪＩ
エレクトロニクス3Ｄプリンタを使って、IoTのPoCが1.5日で完成
製造

組立

アプリ検証

３Dプリンタ製造
1.5日（３D設計・データ作成を除く）

https://www.fuji.co.jp/about/fpm-trinity/© 2021 Trillion-Node RG 40

Leafonyを使ったリモート・モニタリング
青葉電子株式会社（横浜市）

・集合住宅の共有スペースを活⽤したスマート菜園
・緑で繋ぐコミュニティ（ITOP横浜実証実験採択）
・都市緑地から始める⾷の地産地消・栽培⽅式は⼟壌を使わない⽔耕栽培
・国産のIoTプラットフォーム「Leafony」とLPWA（LTE-M）を採⽤し⼩型・省電⼒を実現
・温度、湿度、⽇照量、⼟壌⽔分量などの計測データなどにクラウドを介して、いつでもアクセス可能

慶應大学 厳先生 都市を計るプロジェクト
・都市を計測するIoTノード
・温湿度、照度、振動、気圧など
・KDDI LTM-Mリーフを利用・小型化を検討中

テクニカルショウヨコハマ2020出展システム© 2021 Trillion-Node RG 41

Leafony を使ったGPS見守りシステム
株式会社エイチアイ（東京都）

・未就学児や小学生、高齢者のGPS情報をスマホで確認できる見守りシステム
・ Leafony と KDDI様製 LTE-M Leaf を用い、小型・省電力化
・位置情報はセンシティブな個人情報であるため、セキュリティに配慮
・低スペック CPU、メモリ制約の多いデバイスでは導入の難しいセキュリティ担保を、エイチアイ社のサイバーセキュリティソリューション IoTAで実現© 2021 Trillion-Node RG 42

Leafonyを使った自動測定監視システム
30セットの抵抗、温度、湿度などを自動計測クラウドへ

クラウドInternet

リモートで観測
BLE

Leafony

RaspberryPi

周辺が充実したLeafony
ソフトウェア開発が簡便
DXを加速© 2021 Trillion-Node RG 43

メディアカバー：日経2021年6月23日
日本経済新聞1円玉大の基板でモーター制御

2021年6月23日
日経クロステック日本生まれの超小型ボード「Leafony」

https://trillion-node.org/forums/topic/20210709/© 2021 Trillion-Node RG 44

メディアカバー：電波新聞
2021年7月16日
Leafony概要

2021年7月29日
明光電子

2021年8月5日
ソニーセミコンダクタ
ソリューションズ

https://trillion-node.org/forums/topic/20210820/© 2021 Trillion-Node RG 45

電波新聞： 「IoTを拓くLeafonyの応用」シリーズ
2021年8月10日
大和無線電機2021年8月12日
東芝インフラシステムズ

2021年8月19日
慶応大学

2021年8月23日
KDDI

https://trillion-node.org/forums/topic/20210820/© 2021 Trillion-Node RG 46

電波新聞： 「IoTを拓くLeafonyの応用」シリーズ
2021年9月7日
トリリオンノード研究会

2021年9月23日
SUSUBOX社

https://dempadigital.com/article/226976

2021年9月27日
東芝デバイス&ストー
レッジ社

オンラインで事例報告
トリリオンノード研究会、意見交換
電子デバイス IoT 企業動
向 先端技術 技術動向
有料会員限定東京大学の桜井貴康名誉教授が中心となり、企業などと連携して進めている「トリリオンノード研究会」はこのほど、研究会をオンラインで開いた。
オープンプラットフォームとして開発しているキット「Leafony（リーフォニー）」を軸に、IoTに取り組んでいる会員企業や大学研究者らが、最近の事例を報告するとともに、意見を交換した。
リーフォニーについては、仕様や回路図、パターン図、応用例、ソフトウエアなどが一般公開され、商業的にも自由に無... (つづく)https://trillion-node.org/forums/topic/20210820/© 2021 Trillion-Node RG 47

電波新聞： 「IoTを拓くLeafonyの応用」シリーズ
2021年9月30日
MCPC

2021年10月7日
図研© 2021 Trillion-Node RG 48

JPCA賞 受賞＜論文タイトル＞
DXを加速するIoT向けオープンイノベーション・プラットフォーム
Leafony＜受賞理由＞
DXを加速化させるツールとして、誰もが簡単に扱えて組み立てられ、新しいアプリケーションを創造することが期待できる。
＜受賞日＞
2021年10月27日© 2021 Trillion-Node RG 49

トリリオンノード研究会（企業・法人向け）
インフラ系、プラント系、システム系、通信キャリア、商社、総合電機、半導体、部品、実装系など（次回のトリリオンノード研究会は2022年2月ごろ）
年2回開催
参加費75,000円
https://www.trillion-node.org/

いち早くLeafony詳細情報にアクセス
IoT関連アプリ／シーズの事例紹介
市販されていないリーフの貸し出し（LoRa, LTE-Mなど）© 2021 Trillion-Node RG 50

トリリオンノード研究会 参加団体
123456789101112131415
16171819202122232425262728

IoT-EX株式会社
KDDI株式会社
LEAFONY SYSTEMS 株式会社
Mouser Japan GK
Quest7
STマイクロエレクトロニクス株式会社
エイミー株式会社
システムニコル株式会社
セイコーホールディングス株式会社
ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
ディー・クルー・テクノロジーズ株式会社
パナソニック株式会社
リコー電子デバイス株式会社
リンテック株式会社
夏目光学 株式会社
株式会社AOKI
株式会社FUJI
株式会社SUSUBOX
株式会社アド・ソアー
株式会社エイチアイ
株式会社ジェイエスピー
株式会社チップワンストップ
株式会社ネクスティ エレクトロニクス
株式会社リサシステム
株式会社図研株式会社創成電子
株式会社椿本チエイン
株式会社東和テック

29303132333435
36
37
38
3940
414243
4445
46
47
48
49
50
51
52
53
545556金沢大学振動発電開発グループ
慶應義塾大学SFC研究所ソーシャルファブリケーション・ラボ
慶應大学SFC
計画工学研究所
埼玉大学
三菱ケミカルエンジニアリング株式会社
新光電気工業株式会社
新日本無線株式会社
青葉電子株式会社
川崎重工業株式会社
大和無線電機株式会社
地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター
中部電力パワーグリッド株式会社
長野県工業技術総合センター
東京エレクトロンデバイス株式会社
東京大学 工学系研究科
東京大学協創プラットフォーム開発株式会社
東芝インフラシステムズ株式会社
東芝テック株式会社
東芝デバイス＆ストレージ株式会社
東芝デベロップメントエンジニアリング株式会社
東電設計株式会社
日昭無線株式会社
日本ガイシ株式会社
日本航空電子工業株式会社
富士通クライアントコンピューティング株式会社
明光電子株式会社
有限会社ケイ・ピー・ディ（エクセル降べき並び替え順）

トリリオンノード研究会はLeafonyの普及活動もしています。

© 2021 Trillion-Node RG 51

アウトライン背景
Leafonyとは頒布リーフ群
利活用シーン
Leafonyの進展

Leafony© 2021 Trillion-Node RG 52

STM32リーフ 頒布開始
ARM系の32bitマイコン: STマイクロ、STM32L452RE（80MHz、512kB flash、160kB SRAM）、Arduinoで開発可能
低消費電力（チップとして）活性時：36μA/MHz 、st’by：<0.5μA
Ex. AVRマイコン 活性時：5.2mA@8MHz、st’by：4.7μA

STM32 MCUリーフ(32bit)
高性能、Arduinoでの開発可

AVR MCUリーフ(8bit)
簡便、Arduino互換性最大© 2021 Trillion-Node RG 53

Leafony Basic Kit 2 頒布開始
現在のBasic Kit ＋ STM32リーフ
AVRマイコンでも、STM32でもArduinoでソフトウェア開発可能

Basic Kit 2© 2021 Trillion-Node RG 54

エッジAIの例：STM32リーフで顔検知© 2021 Trillion-Node RG 55

モーターリーフ デモ© 2021 Trillion-Node RG 58

IoTアプリ開拓に向けたシステム開発の課題
構造物、工場、スマートシティ用途などシステムは千差万別。
最初は数が少ないかもしれない開発効率の大幅アップ
電源線がなく、小型、軽量が新しいアプリを開拓
H/W、S/W含めシステム開発が難しい小型・低電力

Leafony

バリューチェーンが確立されていないアプリと技術をつなぐ仕組み

トリリオンノード研究会© 2021 Trillion-Node RG 59

技術をサービスまでつなぎDXを加速する
プラットフォーム Leafony

Leafonyプラットフォーム

シーズ

ニーズ

アプリ／サービス SDGs Society5.0
世界の課題を解く

優れたIoT/CPS向けテクノロジー© 2021 Trillion-Node RG 61

IoTデモ LeafonyBLEPCクラウドPC

Demo© 2021 Trillion-Node RG 62