スマート農業普及の鍵はセンシングと通信技術にあり！

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日本の農業は、高齢化と猛暑という“二重苦”のまったただなかにある。2024年夏は高温と多湿が重なり、農林水産業従事者の熱中症搬送が急増した。こうした現場負荷を背景に、スマート農業は「省人化」と「定量化」を同時に進める実装段階に入っている。最近では、ドローンによる農薬散布の遠隔運航実証や、圃場の常時センシングの導入が広がりつつある。

そして、このようなスマート農業の進化における半導体・通信モジュール企業にとっての最重要ポイントは、①センシングの網（気象・土壌・作物）を広く張ること、②低消費電力で広範囲の通信を可能にする無線通信技術（LPWA）で、電源制約下でも確実に届く設計にすること、③電池交換を前提にしない光、熱、振動、電波などを電力に変換する技術である「エネルギーハーベスティング（EH）」で保守コストを抜本的に下げることである。さらに、セルラ圏外をカバーする衛星連携の動きも進み、農業向けの接続・連結システムの選択肢が増えている。

本稿では、スマート農業の進化において、以上の3ポイントから半導体・通信モジュールがどのような役目を果たすか、考察する。

1. センシングの網（気象・土壌・作物）を広く張る

スマート農業における圃場の価値は、常にかわらない状態に保てることである。このために、猛暑・豪雨・病害虫に対して、常にいろんな角度からのデータを取ることが必要となる。直近1年では、以下の3方向からのアプローチが加速している。

  • 微気象×環境：温度・湿度・風・日射などを一体取得し、病害発生の前兆（葉面結露の持続時間など）と散布適期を評価。計測の“抜け”を減らすため、全天候・校正容易・交換部材の少ない構造が重視され、環境計測デバイスの新製品も登場している。
  • 作物ストレス：水分ストレスや高温障害の兆候を早期に掴むことで、潅水・被覆・遮光といった対策を“前倒し”にする。葉面・樹体直結の計測（センシング）は、気象や土壌だけでは拾いきれない作物側の反応を補完する。
  • センサポートフォリオの強化：大手半導体はセンシング領域の統合を進め、今後はアナログ前段の信号品質や温度補償、工場校正を含めた“トータルの測りやすさ”が差別化軸になる。2025年には、ST MicroelectronicがNXPの一部センサ事業を取得する計画を発表し、汎用から産業用までのラインアップ拡充を打ち出した。

2. LPWAで電源制約下でも確実に届く設計にする

圃場は「電源がない・電波が弱い・広い」の三つの弱点がある。このため、広範囲の通信を可能にする無線通信技術（LPWA：Low Power Wide Area）の使い分けがシステムの成否を左右する。

  • Wi-Fi HaLow（IEEE 802.11ah）：サブGHz帯×長距離×IPベース。2024年末に村田製作所がHaLow対応モジュールを発表。圃場内1km級の到達とIPネイティブの取り回しは、非公開ネットワークでの画像・高頻度データの塊転送に適している。
  • LTE-M（Cat-M1）：携帯網を使い、全国カバーと運用の簡易性が強み。2025年5月にはNordicのモジュールがNTTドコモのLTE-M相互接続試験を完了。屋外の遠隔監視や自動制御など、“とにかく繋がる”を優先する用途に向く。
  • LoRa（地上）：免許不要帯での長距離・低電力。2025年は次世代LoRaのお披露目が行われ、屋外の点在センサを低頻度・小データで拾う設計の選択肢が広がっている。
  • LoRa＋衛星：セルラ圏外（山間・離島）を埋める“最後の一手”。2025年初にはSバンド×LoRaWANのリモートIoTが報じられ、衛星リンクを前提としたフィールドIoTの実装が現実味を増した。

3. EHで保守コストを抜本的に下げる

センサを数百単位で撒くと、電池交換の人件費が問題となる。この対策案としては、光・振動・温度差など環境エネルギーを電力に交換するエネルギーハーベスティング（EH）が、適していると言える。2025年時点で、EnOceanは自給式無線デバイス累計2,200万台超、CO₂削減約161.97万tという成果を出している。

設計上は、μW級から起動するPMIC＋超低消費MCU/無線＋小型ストレージの組み合わせで、晴天時に蓄電→夜間に送信するという電力の発生と送信の時間分離を構築する。ピーク電流はスーパーキャパシタ等で平滑化し、無線バースト時の電圧降下を抑えることができる。

4. ドローン防除は一人オペレータで運用する時代へ

これまで“機体の未進化・資格取得・電波範囲”という三つのハードルがあったドローン防除は、運航の遠隔化・複数機同時運航で次段階へ入ったと言える。JA全農とKDDIおよび子会社のKDDIスマートドローンは、2025年度に自律飛行ドローンの遠隔防除受託を行い、2027年度の事業化を見据えている。飛行計画・飛行申請・LTE回線確保などをパッケージで提供し、“オペレータ1人×複数機体”の安定運用を狙う構えだ。

セルラが届きにくい地域では、衛星通信の併用で運航・データ回収の冗長性が確保されつつあり、精密農業での衛星接続の本格活用が始まっている。

現場では、散布前後の病害リスク推定（気象・葉面湿度・露の持続）→散布→生育差分の画像解析（NDVI等）→再散布判断までをワークフロー化。これを地上センサ×ドローン×クラウドのデータ連携で運用することで、施用量の最適化と作業の省人化が同時に進む。

5. データは測ったら“圧縮・要約”して送る

スマート農業は常時のデータ取得が前提だが、取得したばかりの生データをそのまま送らないのが省電力設計の鉄則だ。

  • センサ層：しきい値割込みやイベント駆動で計測頻度を自律制御。アナログ前段のS/N向上、温度・経時ドリフトの補正、現場での簡易校正手順をセットで提供。大手のセンサ統合トレンドは、圃場での測りやすさを高める布石である。
  • エッジ層：MCU/MPUで平滑化・圧縮・特徴量抽出。例：10秒サンプリングの時系列→5分ごとの特徴量ベクトルに“要約”。異常検知は軽量モデルでオンデバイス化し、上りパケットを削減。
  • 通信層：LPWAは送信占有の最小化（蓄積→間欠バースト、夜間送信、再送は最小限）。画像など大データはHaLowの塊転送、小データはLTE-M/LoRa。圏外は衛星フェイルオーバを設定。
  • 電源層：EH-PMIC＋小容量ストレージでピーク電流を平準化する。晴天時の余剰エネルギーを夜間送信に充当する“時間分離”運用を前提に、送信タイミングの最適化をファームに実装する。

6. 新規システムの「勝ち筋」たち

半導体ベンダー向け

  • アグリ特化評価キット：気象・土壌・作物の代表センサを組み込んだ複合センサノードに、HaLow／LTE-M／LoRaを差し替え可能にして同梱。μW起動のEH-PMICと省電力MCUの回路・ファーム一式（送信デューティ比の計算式やテストスクリプト付き）を提供する。
  • 現場校正支援：土壌タイプ別の校正式・温度補償・経時ドリフト対策を現場手順書として提供し、“測って終わり”にならない導入を支援。

通信モジュールメーカー向け

  • “圃場マップ型”プラン：LTE-M・HaLow・LoRaの切り替え設計テンプレートを提供。夜間バースト／週次まとめ送信などの料金最適化モデルと、圏外時の衛星フェイルオーバを自動トリガで組み込む。
  • ドローン統合：遠隔運航APIと地上センサAPIを同一ダッシュボードにまとめ、受託防除SaaSの“裏側”を構築。運航に必要な申請・電波確保などの非機体領域もワンパッケージ化。

新規市場開拓（事業サイド）向け

  • “1作付期で効果”のKPI：①散布回数・施用量の削減、②再散布の判断時間短縮、③収量・外観品質のばらつき抑制、④暑熱リスク緩和（作業時間帯の最適化）。
  • 導入順序：気象→土壌→作物の三段ロケットで、まず病害発生の見当をつけ、次に潅水・施肥の調整、最後に作物側の反応で確認する。PoCのゴールは“センシングが意思決定に有効だったことの事実の提示”である。

半導体・通信・電源を一体化できる企業こそが、「勝ち組」に

この1年で、センシングの広がり（気象・土壌・作物）、LPWAの拡張（HaLow／LTE-M／LoRa＋衛星）、電源の革新（EH）が同時進行し、スマート農業はオペレーション段階へ移行した。この段階では、校正・保守・送信・電源を最適に一体化し、半導体・通信・電源の“チーム設計”で提示できる企業こそが、「勝ち組」となる時代となるのだ。

＊この記事は以下のサイトを参考に執筆しました。

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