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世界標準のQRコード 企業探訪⑰ デンソーウェーブ

世界標準のQRコード、
発想の原点を聞く

シリーズ・企業探訪⑰
デンソーウェーブ

インタビュー・文/伊藤 元昭
写真/西川 知里(LUCKIIS)

お菓子のパッケージやコンサートのチケットなど、いろいろな場所に描かれたお馴染みの白黒市松模様。QRコードです。スマートフォンのカメラで読み取れば、ウェブサイトのアドレスの読み出しや支払の決済などが簡単にできます。QRコードのすごさは、地域、業種、用途の違いを問わず、たった一つの技術コンセプトを変えず広く使われている点です。生活や仕事を支えるこの技術はどのように生まれ、広がったのでしょうか。

科学技術大国である日本には、とても多くの研究者やエンジニアがいます。そして、新しい発見を求めて、さらには世の中の役に立つ技術の開発を目指して、日々、研究開発に取り組んでいます。どんな発見や発明であっても、何らかの役に立っているのは確かです。しかし、クルマやスマートフォンのように、世界中の人が、毎日のように利用する製品や技術を発明する機会を得ることができるエンジニアは極めて稀です。

QRコードは、必ずしも、最先端の科学の知見や高度な技術を駆使した発明ではありません。しかし、世界中の人々が、生活の中、仕事の中、社会で活動する中で毎日のように利用している稀有な発明です。これほどのインパクトを世界に及ぼした発明は、どのように生まれ、どのように育ってきたのでしょうか。また、これからどのように活用が広がっていくのでしょうか。

QRコードを生み出した発明者である、デンソーウェーブの原 昌宏さんに伺いました。

原 昌宏(はら・まさひろ)/1957年東京生まれ。株式会社デンソーウェーブ AUTO-ID事業部 技術2部 主席技師。1980年日本電装株式会社(現・株式会社デンソー)入社。1994年にQRコードを開発し、1999年JIS規格、2000年ISO規格に認定。2001年分社化に伴いデンソーウェーブへ出向。2002年R&D 100 Awards(米国)、2004年モバイルプロジェクトアワード最優秀賞、2007年日本イノベータ大賞優秀賞、2012年グッドデザイン賞Best100、2014年欧州発明家賞ポピュラープライズ賞など、受賞歴多数


生産現場から生まれた技術

QRコードが開発された1994年から、四半世紀が経過しました。これほど様々な分野で日常的に使い続けられている技術は、なかなかないように思います。

そうですね。中国では買い物の決済手段として、1日約16億件使われているそうです。開発当初には想像もしていなかった場所や用途で使われ、驚いています。

そもそもQRコードは、どのようなきっかけで開発されたのでしょうか?

QRコードは、クルマの生産効率の向上を目指して開発した技術です。

私たちのお客様であるトヨタ自動車は、消費者が求めるクルマを、必要とされる時に、必要な量だけ作るため、継続的に部品在庫の削減に取り組んでいます。そして、「かんばん」と呼ばれる管理帳票を使って、部品在庫を最小限に抑える管理手法を実践しています。

かんばんが導入される以前、部品サプライヤーであるデンソーは、週に1回程度の頻度で部品を納品していました。それが、かんばんの導入後には、毎日もしくは1日何回かに増やす必要が出てきました。こうなると、在庫管理用の帳票をいちいち手書きで書いていては非効率ですし、間違いも多発します。

そこでデンソーは、かんばんに記載された情報を機械で素早く、確実に読み取るため、米国のスーパーマーケットで商品管理に使われていたバーコードを使うことにしたのです。

(画像提供:株式会社デンソーウェーブ)


ところが1992年頃、自動車業界では「少品種大量生産」から「多品種少量生産」へと生産の形態が大きく変化。より多くの種類の部品を適材適所に使って様々なクルマを作り分けるため、これまで以上にキメ細かな生産管理が行われるようになりました。

しかし、この変化によってバーコードでの管理に問題が出てきました。バーコードにはせいぜい20ケタ程度の情報しか入りませんが、100ケタ以上の情報を扱う必要が出てきたからです。

素早く、確実に情報を読み取るためのバーコードでしたが、読み取る量がこれまでの10倍近くにも増えると、さすがに機械で読み取る作業自体が非効率になってきます。当時、私は、現場の様子を視察に行ったのですが、作業している人たちは1日に約1万枚ものバーコードを読み取っていました。新たな情報管理手段が必要になっていることは明らかでした。これがQRコードの開発に取り掛かるきっかけです。

QRコードは、縦・横の両方向でデータを表現しているので、バーコードと同じ情報量なら、10分の1程度の大きさで表現が可能
(図版提供:株式会社デンソーウェーブ)

今では身近な場所で使われるQRコードは、クルマの生産ラインという特殊な場所から生まれたのですね。

クルマの生産ラインは、そこで扱う情報の量と雑多さもさることながら、情報を記載した帳票を読み取る環境もなかなか過酷です。バーコードは、太さが異なる線の並びで情報を表現するのですが、油で汚れてしまうと、細いバーが太って誤読の原因になります。このため、情報を表現する新しいコードを作る際には、コード自体をタフにしたいという要求もありました。


高度さよりも、使いやすさ

新しいコードを開発するうえで、数値目標のようなものはあったのでしょうか?

なるべく長期間にわたって利用できるコードの開発を目指しました。A4サイズの紙1枚に文書として読める文字を日本語で書くと、最大約1,600文字になります。そのくらいの情報を記録できれば、当面いろいろな場面で使えるのではと考えました。

当時、通商産業省(現・経済産業省)が企業間での電子取引の普及を後押しする「EDI(電子データ交換)構想」という取り組みを進めていました。そこで、漢字を扱えるコードを作れば広く普及すると考え、漢字で1,890文字記録できることを目標としました。

 
漢字をはじめ、数字・英字・カナ・ひらがな・記号・バイナリ・ 制御コードなど、あらゆるデータを扱うことができる。1つのコードで、数字のみであれば最大7,089字の大容量を表現できる。英数字300桁なら、このサイズで QRコード化が可能
(図版提供:株式会社デンソーウェーブ)


開発指針を考える際のヒントとなる技術はありましたか?

多くの情報を、二次元的なコードで表現するというアイデアは、すでに米国にありました。ただし、より多くの情報を記録することに開発の力点を置きすぎて、読み取りにくく、使い勝手の悪い技術だったのです。約50ケタの数字を読み取るのに2~3秒かかり、これでは従来のバーコードを複数組み合わせて使う方法と実用的に大差ありません。生産ラインは、単に大容量の情報を記録できるコードではなく、読み取りやすいコードを求めていたのです。

なるほど。QRコードのQRとはクイック・レスポンス(素早い反応)の略だと聞きました。名称に込められた狙いがよく分かりました。

素早く、簡単に読み取れる特徴は、とても大切です。帳票に書かれた情報を機械で読み取る技術の1つに、人が読める文字や数字をそのまま認識するOCR*があります。人が読む文字を直接読み取るので、一見、バーコードなどより使い勝手がよいように思えます。しかし、当時は、高価な高性能コンピュータを使っても認識率が悪く、使いものにはなりませんでした。文字認識技術は高度な技術ではありますが、使い勝手のよい技術とは言えなかったのです。

QRコードでは、機械が読み取りやすいコードを徹底追求したことで、簡単な装置やコンピュータでも利用できるようになりました。手法として単純であることは、広く普及するうえで、とても大切な特徴なのです。

*1 OCR(Optical Character Reader)

光学式文字認識。書類などの画像データから、そこに書かれている文字の形状を解析して自動判別し、文字データとして取り出す装置やソフトウェア。


地道な作業の末の大発見

QRコードの開発では、どのような点を工夫したのでしょうか。

リーダーを使って読み取る際、読み取り機器を雑に扱ったとしても、素早く確実に読み取れる工夫をしています。QRコードには、3つの隅に4角形を重ねた特殊なマーク(切り出しシンボル)を入れています。これがあることで、カメラで撮影した画像の中からコードだけを素早く切り出せます。たとえ、コードが回転した状態でも読み取り可能です。

また、カメラの画像には、コードと一緒に文字や絵などが映り込むことが多々あります。このため、切り出しシンボルは、文字などと明確に区別できるものでなければなりません。しかも、単純な形状であることも重要になります。マークが複雑になりすぎると、マークを判別する際の処理に大きな計算能力が必要になるからです。

読み取るコードの位置を見つけるだけでも、なかなかの難問ですね。

世の中にある文字や絵とは違った特徴を持つ、単純な形のマークを作り出す必要がありました。そこで、私たちは、大量のチラシや雑誌、新聞などをかき集め、そこに書かれている文字や絵の白い部分と黒い部分の面積比率を調べました。世の中ではめったに見られない、稀な白黒パターンを探そうと思ったのです。

そして、開発チーム総出で数えきれないほどのサンプルを調べ上げた末に、「1:1:3:1:1」という比率で、「黒、白、黒、白、黒」が連なる形状の利用例が非常に少ないことを発見しました。

切出しシンボルはどの方向から見ても、1:1:3:1:1の比率
(図版提供:株式会社デンソーウェーブ)

なかなか出現しない特定パターンが、本当にあったのですか。素晴らしい発見でしたね。調査を始めた段階では、判別に利用できるようなパターンが存在することなど分からなかったはずです。なぜ、成果が上がる見込みの薄い、そのような調査をしたのでしょうか。

コードを切り出す方法が見つからず、万策尽き果てていたのです。藁(わら)にもすがる思いで、たまたま思いついたアイデアを検証したら、運よく見つかったという感じでした。

どんな思いつきでも、実際に試してみるものですね。

もう少し、“算盤(そろばん)ずく” で盛り込んだ工夫もあります。

QRコードには、コード全体の30%が破損しても正しい情報を読み取ることができる特徴があります。コード上のデータの60%以上は冗長データ(スペアのデータ)で占められているのです。そして、数学的な手法を活用した「誤り訂正機能」を盛り込むことで、破損していない部分から欠けた部分を推測できるようにしています。これによって、汚れや破損に強いタフなコードになりました。

 
QRコードは、コードの一部に汚れや破損があってもデータの復元が可能な「誤り訂正機能」を搭載。データの復元は最大約30%が訂正可能
(図版提供:株式会社デンソーウェーブ)


人と情報をつなぐツールになった

QRコードについての最大の「謎」は、クルマの生産ラインの効率化に向けた言わばニッチな技術が、なぜこれほど広く利用されるようになったのかという点です。開発者ご本人は、どのように考えていますか?

確かに、もともと開発したのは生産技術向けではありますが、人と情報をつなぐコミュニケーション・ツールとして、使い勝手を徹底的に高めました。この点が広く普及した要因になったのではと思っています。低スペックのカメラでも簡単に情報を読み取れるようにしたのも一因です。やがて、携帯電話機にカメラが標準搭載される時代になり、一般消費者でも簡単に情報を読み出せるようになったからです。

高度すぎる技術は、システムの性能と価格が高すぎて、生産現場のツールとしては使いものになりません。そういった意味で、生産現場向けの技術は、意外と一般消費者が扱う技術への展開が容易だったのかもしれません。

QRコードが、当初から利用者からライセンス料を取らないオープンソースとして公開されていた点も普及を促す要因になったように思えます。

そうですね。もちろん特許などは抜かりなく取得しているのですが、もしも利用者からライセンス料を取っていたら「QRコードは、トヨタの生産ラインだけで使われる技術で終わったのでは」という人もいます。

開発した時点で、世界中、これほど多くの用途に利用される状況が見通せていたら、少し違った技術供与の方法になったのかもしれません。しかし、デンソーは、あくまでもクルマの部品を作ることが本業でしたから、生産技術の要素技術で儲けようとは思っていなかったのだと思います。結果的に、ICカードやRF-IDなど、競合する生産管理用技術よりもランニングコストが安いという、QRコード最大のメリットが際立ちました。


ネットにつなげない場面で活躍

QRコードの利用シーンは、開発時に想定していたものよりもはるかに広がっています。これからどのように進化させていくのでしょうか?

まずは、付加機能を入れる方向での改善を進めています。

例えば、携帯電話機を使って誰もが読めるようになったので、逆に一般消費者では読めないQRコードが必要になりした。そこで、携帯電話機で読める公開情報と、専用の機械でなければ読めない非公開情報を混ぜてQRコードに書き込める「SQRC」と呼ぶ発展版QRコードを開発しました。すでにアミューズメントパークの電子チケットなどに利用されています。

「SQRC」の非公開データは暗号キーを持った専用リーダーのみ読み取りができ、データの保護が可能。
また、見た目はQRコードと区別がつかないため「偽造・改ざん」を防止できる
(図版提供:株式会社デンソーウェーブ)

また、コードを額縁のようにして、中に絵や文字をはめ込んだ「フレームQR」というコードも実用化しています。

今後を見据えて、写真データの情報を入れ込めるくらいまで情報の大容量化を望む声が出てきています。現在の規格では、数字ならば7,000文字までコード化し、QRコードを16個つないで利用できます。すると最大の46Kバイトの情報を書き込めます。しかし、写真データを入れるには容量が足りません。

このため、白黒で表しているコードをカラー化して、蓄積できる情報量を増やす方法を検討しています。ただし、色認識技術は実用化して間もない技術です。読み取りを安定させ、使い勝手のよいものにするためには、まだまだ工夫が必要です。

また、QRコードは決済などに使われるようになったので、セキュリティーの強化も重要な開発テーマだと考えています。


QRコードの利用シーンは、今後、どのような分野に広がっていくと思われますか?

現在は、どのような場所からも、ネットを通じて必要な情報にアクセスできるようになりました。しかし、災害が発生してシステムがダウンした場合や、役所や病院など安全上の理由からネットにつながらない場所、さらには通信インフラが整備されていない場所など、情報へのアクセスが困難な場面がたくさん残っています。

こうした場面での情報伝達では、QRコードの活用が効果的です。スマートフォンさえ持っていれば、たとえ通信網につながっていなくても、まとまった量の情報を取り出せるからです。


自然科学の分野でも活用は拡がる

さらに、どんなモノにも簡単に情報を書き込める点も利点です。例えば、マルハナバチの生態を調べるのに、1mm角以下のQRコードを貼り付けて行動履歴を調査した例があります*2。一般に、こうした生物の生態調査では、無線タグが利用されます。しかし、ハチのように小さな昆虫に無線タグは付けられないため、QRコードが利用されたのです。

ハーバード大学の生物学者ジェームズ・クロールによる、ハチにQRコードを付けた「コロニーの神秘」解明研究結果
©︎James Crall/Harvard University

QRコードでハチの行動を追跡したところ、行動には個体差があることが判明した。食料係と世話係の違いがあるうえ、食料係の中でもひっきりなしに巣と野外を行き来する個体、巣内を動き回る時間が長い個体、巣内の仲間とのやりとりが多い個体などが見られたという
©︎James Crall/Harvard University

*2 マルハナバチに1mm角以下のQRコードを貼り付けて行動履歴を調査した例

Spatial fidelity of workers predicts collective response to disturbance in a social insect
Nature Communications volume 9, Article number: 1201 (2018)
https://www.nature.com/articles/s41467-018-03561-w
James D. Crall, Nick Gravish, Andrew M. Mountcastle, Sarah D. Kocher, Robert L. Oppenheimer, Naomi E. Pierce & Stacey A. Combes

このように、モノと情報を簡単に紐づけることで、生産管理に活用するだけではなく、破棄する際の管理にも活用できるのではないでしょうか。

例えば、地球の周辺にロケットなどの部品が宇宙ゴミとして大量に漂っていると聞きますが、部品それぞれにQRコードで生産履歴の添付を義務付ければ、宇宙空間を漂うゴミを処置する責任の所在を明らかできるでしょう。

まだまだQRコードの活用が広がり、技術的にも進化していく余地がありそうです。コードの研究には、後継者がいるのでしょうか?

コード開発はそれほど多くの人がかかわる必要がない仕事です。QRコードも最初は2人で開発を始めました。今でも、まだ私が中心となって研究を進めています。ただし、少しずつ若い人に任せる部分を増やしています。

コード開発は創造的な作業であり、自由な発想が欠かせません。ただし、それを後押しする環境を整えるのはなかなか難しいことです。自由すぎる場が与えられると、逆に持て余して、自由な発想ができなくなることもあるように感じます。実際、QRコードの開発も、解決すべき課題が目の前にあり、開発予算が限られた中だからこそ、生まれたようなところがあります。少し抑圧された環境の方が、本当の自由な発想が出てくるのかもしれません。

開発者の適正もありそうですね。原さんは子供のころ、どのようなことに興味を持たれていたのでしょうか?

何かにつけて、選択する手法が他の人と違うと言われます。小学生の頃から集団生活が苦手でした。また、数字が好きで、カレンダーの何年、何月、何曜日といったことを覚えるのが得意な少年時代でした。数学や物理は得意だったのですが、逆に文章が弱くて文章問題は全くできませんでした。そういった意味では、コード開発には適性があったのかもしれません。

確かに、帳票のような文書から情報を読み取る技術を追求しようとすると、文字認識といった華々しい手段を選ぶ人が多いと思うのですが、コード開発を突き詰めるというのはなかなか取らない選択肢です。QRコードのような “場外ホームラン級” の発明が生まれた原点を見た思いです。

25周年サイトには、QRコードの基本的な特徴をはじめ、25年間でどのように活用シーンを広げてきたかも掲載されています。是非アクセスしてください。

QRコード25周年記念サイト
https://www.denso-wave.com/qr2019/

(図版提供:株式会社デンソーウェーブ) 

Profile
Writer
伊藤 元昭 Motoaki Ito

テクニカル・ジャーナリスト。エンジニアとして半導体開発、技術専門雑誌でのジャーナリスト活動、シンクタンクでの事業支援活動、広告プロデューサとしてのマーケティング支援活動を経験した後、独立。現在は、技術ジャーナリスト活動と、技術の価値を広く確実に伝える技術マーケティングのお手伝いをしています。「QRコード開発者の原さんには、世界に大きなインパクトを及ぼす仕事をする方特有の楽天的しつこさを感じ、感銘を受けました」
https://www.enlight-inc.co.jp/

Photographer
西川 知里 Chisato Nishikawa

LUCKIIS所属フォトグラファー。「新しい技術を開発する人の頭の中は想像を超えていました。また、QRコードの特許の権利を行使しないというところに飽くなき探究心を感じました。活用の多様性を広げるだけでなく、世界中のどこかで次の新しい技術が生まれることを促しているのではと感じました」
https://luckiis.com/

Editor
荒井 正 Tadashi Arai

NATURE & SCIENCE 副編集長。「災害時の情報伝達に役立てたり、生き物の行動調査や宇宙ゴミの責任の所在に利用したりするなど、自然科学分野へのQRコード活用の可能性には、目からウロコが落ちる思いでした。今後のQRコードの進化・発展と、今はニッチな存在かもしれなくとも、いずれ世界基準となる、新しい技術の誕生にも期待したいと思います」

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