東京大学と三井不動産㈱は5月22日、同大学先端科学技術研究センターの江崎貴裕特任講師、井村直人特任研究員、西成活裕教授、三井不動産㈱の藤塚和弘氏らによる研究グループが、高層マンション等の建物内にドローンが垂直飛行できる専用空間を設置した新たな配送システムを考案し、数理モデルによる分析を用いてその有効性を示したと発表した。
本研究は、待ち時間が長くなりがちなエレベータでの配送に対する解決策となるだけでなく、災害時に消費電力を抑えて生活必需品の配送を行う等、建物内の物流に有力な選択肢を与える可能性があるとし、今回は基礎的なモデリングによる概念実証を実施したが、今後は実機を用いたさらなる検証につなげていくとしている。
今回の成果は2024年5月16日に「Communications in Transportation Research」のオンライン版で公開された。
●東京大学先端科学技術研究センターの江崎貴裕特任講師のコメント
ドローンの社会における活用の可能性は様々な形で検討が進んでいますが、現実の制約条件やコスト等が障害となり、取り組みが進まないこともしばしばです。本研究ではドローンを活用した配送の具体的なメリットとそれが生じるメカニズムについて詳細に調べましたが、こうした研究が新たな仕組みについて検討する足掛かりとなっていくことを期待しています。
●発表内容
2022年12月にドローンの有人地帯における目視外飛行（レベル4飛行）が解禁されたが、現状実現しているドローン配送は主に山間部や島嶼部での運用に限られている。東京大学と三井不動産は都心等の人口過密地域におけるドローン配送シーンを具体化することが重要と考え、エレベータの代替となるような垂直の輸送システムの共同研究に取り組んでいる。高層マンションや高層オフィスビルでは、災害時にエレベータが利用できなくなった際の物流インフラへの懸念や、また平時でも、増加する飲食ケータリングサービスや通販による宅配需要に対して、従来のエレベータのみに頼った配送では期待される時間内にモノを届けられなくなるリスクが存在している。本研究では、建物内にドローンが垂直飛行できる専用空間を用意し、各階に設置された垂直離着陸可能なポートで荷物の配送を行う仕組みを考案した（特許出願済）。これが実現すれば、エレベータによる配送と比べ迅速かつ省電力な配送が可能となる。
加えて、同システムの有効性について分析を行なうため、荷物の脱着、上下飛行、バッテリの交換等の配送プロセスを仮定し（図1）、実際の機体（PF2-AE Delivery;㈱ACSL）の仕様を元に、現実に近い数理モデルを構築した。その上で、仮想的な高層マンションの各家庭においてポワソン過程（※1）によって需要が生じると想定し、様々なドローンの台数に対して、配送のパフォーマンスを調べた。待ち行列理論（※2）に立脚した数理的な解析によって必要なドローンの台数等を求めることができたほか、モンテカルロ・シミュレーション（※3）によって一定の需要レベルまではエレベータよりもドローンを活用した方が、早く、かつ少ない消費電力で配送が可能であることが判明した（図2）。これにより、一定のシーンではドローンを活用するメリットが確かに存在することが示され、新たなビジネスモデルにつながることが期待される。
また、本研究で明らかになった「大量輸送が得意なエレベータ配送」と「個別の即時対応が得意なドローン」という2つの特性の異なる輸送モードを組み合わせることによって生じるメリットは、他のドローンを活用したマルチモーダル（多様な輸送手段を用いた）物流システムにも重要な示唆を与えるとしている。
●発表者・研究者等情報
東京大学 先端科学技術研究センター 寄付研究部門 先端物流科学
江崎貴裕特任講師
井村直人特任研究員
西成活裕教授
三井不動産㈱
イノベーション推進本部 産学連携推進部 藤塚和弘氏
●論文情報
雑誌名：Communications in Transportation Research
題名：Drone-based vertical delivery system for high-rise buildings: Multiple drones vs. a single elevator
著者名：Takahiro Ezaki＊, Kazuhiro Fujitsuka, Naoto Imura, and Katsuhiro Nishinari ＊責任著者
DOI:10.1016/j.commtr.2024.100130
●研究助成
本研究は三井不動産東大ラボの支援により実施された。
※1：ポワソン過程
時間や空間内で無作為に発生するイベントをモデル化するために用いられる確率過程。
※2：待ち行列理論
サーバーに対するリクエストや窓口での顧客サービスなど、ランダムに発生する需要に対して、サービスを行う際に待ち時間や発生する行列の長さについて分析する数学の体系。
※3：モンテカルロ・シミュレーション
計算機の中でランダムな値を発生させることにより確率的な現象をシミュレートする方法論の総称。
