サイバーフィジカルシステム (サイバーフィジカルシステム) とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

作成日: 2025年08月12日更新日: 2025年09月07日

サイバーフィジカルシステム (サイバーフィジカルシステム) の読み方

日本語表記

サイバーフィジカルシステム (サイバーフィジカルシステム)

英語表記

Cyber-Physical System (サイバーフィジカルシステム)

サイバーフィジカルシステム (サイバーフィジカルシステム) の意味や用語解説

サイバーフィジカルシステム（Cyber-Physical Systems: CPS）とは、現実世界（物理空間）の情報をセンサーで収集し、サイバー空間（情報空間）で分析・処理を行い、その結果をアクチュエータを通じて現実世界にフィードバックすることで、高度な制御や最適化を実現するシステムのことである。簡単に言えば、現実世界と仮想世界を密接に連携させ、より賢く、効率的に現実世界の動きをコントロールする仕組みと言える。 CPSは、単なる情報処理システムではなく、物理的なプロセスと計算プロセスが一体となって動作することが特徴である。例えば、自動車の自動運転システムを考えてみよう。車載カメラやレーダーなどのセンサーが周囲の状況を認識し（物理空間からの情報収集）、そのデータを元にコンピューターが走行ルートや加減速を判断する（サイバー空間での分析・処理）。そして、その判断に基づいて、アクセルやブレーキ、ステアリングなどが制御される（物理空間へのフィードバック）。このように、CPSは、センサー、ネットワーク、コンピューター、アクチュエータといった様々な要素が協調して動作することで、複雑なタスクを遂行する。 CPSの概念は、1990年代後半にアメリカで提唱され、当初は「組み込みシステム」の高度化された形態として捉えられていた。しかし、インターネットや無線通信技術の発展、センサーやアクチュエータの小型化・高性能化などを背景に、その応用範囲は急速に拡大している。現在では、製造業、エネルギー、医療、交通、農業、防災など、幅広い分野でCPSの導入が進んでいる。より詳細な仕組みについて見ていくと、CPSの中核となるのは、現実世界からの情報を取得するセンサーネットワークと、サイバー空間で情報を処理・分析する計算機システム、そして現実世界に働きかけるアクチュエータである。センサーネットワークは、温度、湿度、圧力、位置、速度など、様々な物理量を計測し、そのデータをネットワークを通じて計算機システムに送信する。計算機システムは、受信したデータを解析し、必要な情報を抽出したり、予測モデルに基づいて将来の状態を予測したりする。そして、その結果に基づいて、アクチュエータを制御するための指令を生成し、アクチュエータは、その指令に従って、モーターを動かしたり、バルブを開閉したり、温度を調整したりすることで、現実世界の物理的なプロセスを制御する。 CPSの設計においては、いくつかの重要な課題がある。まず、現実世界とサイバー空間の間のインタフェースをいかに効率的かつ安全に実現するかという点である。センサーからのデータの信頼性、ネットワークの遅延、計算機の処理能力など、様々な要因がシステムの性能に影響を与えるため、これらの要素を考慮した上で、適切な設計を行う必要がある。また、セキュリティも重要な課題である。CPSは、外部からの攻撃によって誤動作させられたり、機密情報が漏洩したりするリスクがあるため、セキュリティ対策を十分に講じる必要がある。さらに、システムの信頼性や安全性も重要な課題である。CPSは、人命に関わるような重要なシステムにも適用されることがあるため、故障や誤動作が発生した場合でも、安全な状態を維持できるように設計する必要がある。 CPSは、IoT（Internet of Things）やAI（Artificial Intelligence）といった他の技術と密接に関連している。IoTは、様々なモノをインターネットに接続し、相互に通信させることで、CPSにおけるセンサーネットワークの構築を容易にする。また、AIは、CPSにおけるデータ分析や意思決定を高度化し、より賢く、効率的なシステムの実現に貢献する。これらの技術を組み合わせることで、CPSは、ますます高度化・複雑化していくと考えられる。将来的に、CPSは、社会の様々な分野でより重要な役割を果たすことが期待される。例えば、スマートシティにおいては、CPSが交通システム、エネルギー管理システム、防災システムなどを統合的に制御することで、都市全体の効率化や快適性の向上に貢献する。また、医療分野においては、CPSが患者のバイタルデータをリアルタイムで監視し、異常を早期に発見することで、より質の高い医療サービスの提供を可能にする。このように、CPSは、私たちの生活をより豊かに、安全に、そして持続可能なものにするための重要な技術となるだろう。システムエンジニアを目指す皆さんにとって、CPSは、これからの時代に不可欠な知識となるはずだ。