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オープンソース ハードウェア( OSH、OSHW ) は、設計ソース ファイル(回路図、CAD ファイル、部品表) が公開され、誰でもハードウェアを研究、変更、製造、配布できるハードウェアです。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]フリー オープンソース ソフトウェア(FOSS) とオープンソース ハードウェアはどちらも、このオープンソース カルチャームーブメントによって作成され、さまざまなコンポーネントに同様の概念を適用しています。そのため、フリー オープンソース ハードウェア( FOSH ) と呼ばれることもあり、設計が容易に入手可能 (「オープン」) で、自由に使用、変更、共有できる (「フリー」) ことを意味します。この用語は通常、ハードウェアに関する情報が容易に識別できるため、他の人がそれを製造できることを意味し、メーカー ムーブメントと密接に結びついています。[ 4 ]ハードウェア設計 (機械図面、回路図、部品表、PCBレイアウト データ、HDLソース コード[ 5 ]および集積回路レイアウト データ) は、ハードウェアを駆動するソフトウェアに加えて、すべてフリー /自由の条件でリリースされます。元の共有者は、FOSHコミュニティからフィードバックを得て、設計の改善につながる可能性がある。このような共有が科学コミュニティにとって高い投資収益率をもたらす可能性があるという重要な証拠が現在存在する。 [ 6 ]
オープンソースライセンスを使用するだけでは十分ではありません。オープンソース製品またはプロジェクトは、モジュール設計やコミュニティコラボレーションなどのオープンソースの原則に従う必要があります。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
再構成可能なプログラマブルロジックデバイスの登場以来、ロジック設計の共有はオープンソースハードウェアの一形態となっています。回路図の代わりに、ハードウェア記述言語（HDL）コードが共有されます。HDL記述は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）または特定用途向け集積回路（ASIC）設計において、システムオンチップシステムを構築するために一般的に使用されます。HDLモジュールは、配布されると、半導体知的財産コア、またはIPコアと呼ばれます。
オープンソース ハードウェアは、フリーおよびオープンソース ソフトウェア コミュニティのプロプライエタリ デバイス ドライバの問題を軽減するのにも役立ちますが、その前提条件ではなく、FLOSS デバイス ドライバや完全なオペレーティングシステムの作成にすでに十分なプロプライエタリ ハードウェアのオープン ドキュメントの概念と混同すべきではありません。[ 10 ] [ 11 ] 2 つの概念の違いは、OSH にはハードウェア自体を複製する方法に関する指示と、ソフトウェア (通常はデバイス ドライバ の形式) がハードウェアと通信するために使用しなければならない通信プロトコルに関する情報 (レジスタ ドキュメント、またはハードウェアのオープン ドキュメントと呼ばれることが多い[ 10 ] ) の両方が含まれているのに対し、オープンソース フレンドリーなプロプライエタリ ハードウェアには前者を含めずに後者のみが含まれることです。
ハードウェアに焦点を当てた最初の「オープンソース」活動は、オープンソース定義の作成者であり、オープンソースイニシアチブの共同創設者であり、アマチュア無線家でもあるブルース・ペレンズによって1997年頃に開始されました。彼は、ハードウェアメーカーが自社製品をオープンとして自己認証できるようにすることを目的としたオープンハードウェア認証プログラムを開始しました。[ 12 ] [ 13 ]
オープンハードウェア認証プログラムの開始直後、David Freeman は、インターフェースが公開されているハードウェア コンポーネントのライセンス供与と、独自のコンピューティング システムに代わるまったく新しいコンピューティング プラットフォームの作成を目的とした、オープン ハードウェア仕様プロジェクト (OHSpec) を発表しました。[ 14 ] 1999 年初頭、Sepehr Kiani、Ryan Vallance、Samir Nayfeh は、オープンソースの哲学をマシン設計アプリケーションに適用する取り組みに加わりました。彼らは共同で非営利法人としてOpen Design Foundation (ODF) [ 15 ]を設立し、オープン デザイン定義の開発に着手しました。しかし、これらの活動のほとんどは数年後に消滅しました。
FreeIOとして知られる「フリーハードウェア」組織は、1990年代後半にディール・マーティンによって設立され、2000年初頭にはFreeIOのウェブサイトも開設されました。2000年代前半から中頃にかけて、FreeIOはGNU一般公衆利用許諾契約書に基づいてリリースされるフリー/オープンハードウェア設計の中心となりました。FreeIOプロジェクトはフリーハードウェアの概念を提唱し、フリーソフトウェアライセンスによって提供される同様の自由に基づいて、そのようなハードウェアがユーザーに提供する4つの自由を提案しました。[ 16 ]これらの設計は、マーティンの命名規則により、各フリーハードウェアプロジェクトにドーナツ、フラップジャック、トーストなどの朝食の食べ物の名前が付けられたことで、ある程度の知名度を得ました。マーティンのプロジェクトは、さまざまなハードウェアおよびソフトウェア開発者やその他のボランティアを引き付けました。FreeIOでの新しいオープンハードウェア設計の開発は、マーティンが膵臓癌で亡くなった2007年に終了しましたが、既存の設計は組織のウェブサイトから引き続き入手できます。[ 17 ]
2000年代半ばまでに、 OpenCores、RepRap（3Dプリンティング）、Arduino、Adafruit、SparkFun、Open Source Ecologyなど、いくつかの主要なオープンソースハードウェアプロジェクトや企業の出現により、オープンソースハードウェアは再び活発な活動の中心地となった。2007年にペレンズはopenhardware.orgウェブサイトを再開したが、現在（2025年2月）は非アクティブ状態である。
オープングラフィックスプロジェクト（自由でオープンな3Dグラフィックスチップセットとリファレンスグラフィックスカードを設計、実装、製造する取り組み）に続いて、ティモシー・ミラーはオープングラフィックスプロジェクトコミュニティの利益を保護する組織を作ることを提案した。こうして、パトリック・マクナマラは2007年にオープンハードウェア財団（OHF）を設立した。 [ 18 ]
1982年にアマチュア無線家の非営利団体として設立されたツーソンアマチュアパケット無線協会（TAPR）は、アマチュアデジタル通信分野の研究開発活動を支援することを目的としており、2007年に最初のオープンハードウェアライセンスであるTAPRオープンハードウェアライセンスを作成しました。OSIの社長であるエリック・S・レイモンドは、 OHLの特定の側面について懸念を表明し、ライセンスを審査しないことを決定しました。[ 19 ]
2010年頃、 Freedom Definedプロジェクトの文脈で、オープンハードウェア定義が多くの人々の共同作業として作成され[ 1 ]、2016年現在、数十の組織や企業に受け入れられている[ 20 ] 。
2011 年 7 月、CERN (欧州原子核研究機構) はオープンソース ハードウェア ライセンスCERN OHLをリリースしました。CERN のビーム部門のエンジニアであり、オープン ハードウェア リポジトリの創設者である Javier Serrano 氏は次のように説明しています。「CERN は、設計をオープンに共有することで、ピア レビューを通じて設計の品質を向上させ、商用企業を含むユーザーが設計を研究、変更、製造する自由を保証し、より優れたハードウェアと重複作業の削減につながることを期待しています。」[ 21 ]当初は、組織の研究の影響を追跡するなど、CERN 固有の懸念に対処するために作成されましたが、現在の形では、オープンソース ハードウェアを開発するすべての人が使用できます。[ 22 ]
2011年のオープンハードウェアサミットの後、ライセンスやオープンソースハードウェアの定義に関する激しい議論を経て、ブルース・ペレンズはOSHW定義とそれに関わった人々の協調的な取り組みを放棄した。[ 23 ]ブルース・ペレンズが率いるOpenhardware.orgは、オープンソースハードウェア定義、オープンソース定義、およびフリーソフトウェア財団の4つの自由のすべての要件を満たす実践を推進し、特定している。[ 24 ] 2014年以降、openhardware.orgはオンラインではなく、活動を停止したようだ。[ 25 ]
The Open Source Hardware Association (OSHWA) at oshwa.org acts as hub of open-source hardware activity of all genres, while cooperating with other entities such as TAPR, CERN, and OSI. The OSHWA was established as an organization in June 2012 in Delaware and filed for tax exemption status in July 2013.[26] After some debates about trademark interferences with the OSI, in 2012 the OSHWA and the OSI signed a co-existence agreement.[27][28]
The FOSSi Foundation is founded in 2015 as a UK-based non-profit to promote and protect the open source silicon chip movement, roughly a year after the official release of RISC-V architecture.[29]
The Free Software Foundation has suggested an alternative "free hardware" definition derived from the Four Freedoms.[30][31]
The term hardware in open-source hardware has been historically used in opposition to the term software of open-source software. That is, to refer to the electronic hardware on which the software runs (see previous section). However, as more and more non-electronic hardware products are made open source (for example WikiHouse, OpenBeam or Hovalin), this term tends to be used back in its broader sense of "physical product". The field of open-source hardware has been shown to go beyond electronic hardware and to cover a larger range of product categories such as machine tools, vehicles and medical equipment.[2] In that sense, hardware refers to any form of tangible product, be it electronic hardware, mechanical hardware, textile or even construction hardware. The Open Source Hardware (OSHW) Definition 1.0 defines hardware as "tangible artifacts — machines, devices, or other physical things".[32]
Electronics is one of the most popular types of open-source hardware. PCB based designs can be published similarly to software as CAD files, which users can send directly to PCB fabrication companies to receive hardware in the mail. Alternatively, users can obtain components and solder them together themselves.
Sparkfun、Adafruit 、Seeedなど、多種多様なオープンソース電子機器を提供する企業は数多く存在します。また、Arduino電子プロトタイププラットフォームなど、特定のオープンソース電子部品を提供するNPOや企業もあります。低コストの電圧・電流GMAWオープンソース3Dプリンターモニター[ 33 ] [ 34 ]やロボット支援質量分析アッセイプラットフォーム[ 35 ] [ 36 ]など、特殊なオープンソース電子機器の例も数多くあります。オープンソース電子機器は、化学プロセスの自動化など、さまざまな用途に利用されています[ 37 ] [ 38 ] 。
オープンスタンダードのチップ設計は現在では一般的です。OpenRISC （2000年 - LGPL / GPL）、OpenSparc（2005年 - GPLv2）、RISC-V（2010年 - オープンスタンダード、商用を含むあらゆる目的で自由に実装可能）は、自由に使用できる命令セットアーキテクチャの例です。
OpenCoresは、標準的なチップ設計のサブコンポーネントを多数収録した大規模なライブラリであり、これらを組み合わせてより大規模な設計を構築することができます。
現在では、ハードウェア記述言語からマスク、ASIC製造まで、メーカー規模の予算でOSHチップ設計を実行できる完全なオープンソースソフトウェアスタックとシャトル製造サービスが利用可能になっている。 [ 39 ]
純粋に機械的なOSH設計には、機械部品、工作機械、車両などが含まれます。 オープンソース・エコロジーは、自己複製能力を備えた機械工具や部品の完全なエコシステムを開発することを目指す大規模プロジェクトです。
XYZ Space Frame Vehiclesのような自転車や、Tabby OSVehicleのような自動車など、オープンソースの車両も開発されている。
ほとんどの労働安全衛生システムは、電子工学と機械工学の要素を組み合わせてメカトロニクスシステムを形成しています。工作機械、楽器、医療機器など、幅広いオープンソースのメカトロニクス製品が開発されています。 [ 2 ]
オープンソースの工作機械の例としては、RepRap、Prusa、Ultimakerなどの3Dプリンター、polystruder [ 40 ] XR PROなどの3Dプリンターフィラメント押出機、レーザーカッターのLasersaurなどがあります。
オープンソースの医療機器の例としては、オープンソースの人工呼吸器、エコー聴診器のechOpen（ Mehdi Benchoufi、Olivier de Fresnoye、Pierre Bourrier、Luc Jonveaux [ 41 ]が共同設立）、Ten Kateらによるレビュー研究[ 42 ]に記載されている幅広い義手（例：OpenBionics の義手）などがある。
オープンソースロボティクスは、オープンソースのハードウェアメカトロニクスとオープンソースのAIおよび制御ソフトウェアを組み合わせたものです。ハードウェアとソフトウェアが混在しているため、オープンソースのアイデアが両者の間を行き来する特に活発な分野となっています。
オープンソースのハードウェア製品の例は、建設（Wikihouse）、繊維（Kit Zéro Kilomètres）、銃器（ 3Dプリント銃、Defense Distributed ）などにも、程度は低いものの見られる。
新しいライセンスを作成する代わりに、一部のオープンソースハードウェアプロジェクトは、既存のフリーでオープンソースのソフトウェアライセンスを使用しています。[ 43 ]これらのライセンスは特許法とうまく適合しない可能性があります。[ 44 ]
その後、ハードウェア設計特有の問題に対処するために設計されたいくつかの新しいライセンスが提案されました。[ 45 ]これらのライセンスでは、オープンソースソフトウェア（OSS）ライセンスで表現されている多くの基本原則が、対応するハードウェアプロジェクトに「移植」されています。新しいハードウェアライセンスは、 GPL、LGPL、BSDライセンスなどのよく知られたOSSライセンスの「ハードウェア版」として説明されることがよくあります。
ソフトウェアライセンスと表面上は似ているものの、ほとんどのハードウェアライセンスは根本的に異なっています。ハードウェアライセンスは、多くのハードウェア設計が著作権の対象とならないため、本質的に著作権法よりも特許法に大きく依存しています。 [ 46 ]著作権ライセンスはソースコードや設計文書の配布を規制するのに対し、特許ライセンスは設計文書に基づいて構築された物理デバイスの使用と製造を規制します。この違いは、TAPRオープンハードウェアライセンスの前文で明示的に言及されています。
「…OHL設計から利益を得た者は、その設計が自身の特許権その他の知的財産権を侵害しているとして訴訟を起こすことはできない。」
注目すべきライセンスには以下が含まれます。
オープンソースハードウェア協会は、オープンソースハードウェアの定義に従う 7 つのライセンスを推奨しています。[ 52 ]一般的なコピーレフト ライセンスからはGNU General Public License (GPL) とCreative Commons Attribution-ShareAlikeライセンス、ハードウェア固有のコピーレフト ライセンスからはCERN Open Hardware License (OHL) とTAPR Open Hardware License (OHL)、そして寛容なライセンスからはFreeBSDライセンス、MIT ライセンス、Creative Commons Attributionライセンスが推奨されています。[ 53 ] Openhardware.org は 2012 年に TAPR Open Hardware License、Creative Commons BY-SA 3.0、GPL 3.0 ライセンスを推奨しました。[ 54 ]
組織は共通のライセンスを中心に結集する傾向がある。たとえば、OpenCores はLGPLまたは修正 BSD ライセンスを好んでおり、[ 55 ] FreeCores はGPLを主張し、[ 56 ] Open Hardware Foundation は「コピーレフトまたはその他の寛容なライセンス」を推進しており、[ 57 ] Open Graphics Project はMITライセンス、GPL 、および独自のライセンスを含むさまざまなライセンスを使用しており、[ 58 ] Balloon Project は独自のライセンスを作成した。[ 60 ]
「オープンソース」という形容詞は、製品に適用される特定の自由のセットを指すだけでなく、一般的に、その製品が「インターネットを介して地理的に分散した開発者の貢献に依存するプロセス」の対象または結果であることを前提としています。[ 61 ]しかし実際には、オープンソースハードウェアとオープンソースソフトウェアの両方の分野で、製品は、非公開の環境でクローズドチームによって実行される開発プロセスの結果である場合もあれば、公開環境でコミュニティによって実行される場合もあります。前者のケースの方が、より困難な後者のケースよりも頻繁に発生します。[ 2 ]コミュニティベースの製品開発プロセスを確立するには、適切な製品データ管理ツールを見つけること、製品だけでなく開発プロセス自体も文書化すること、プロジェクトに対する普遍的な制御を失うことを受け入れること、ボランティアのプロジェクトメンバーの気まぐれな参加の状況で継続性を確保することなど、いくつかの課題があります。[ 62 ]
オープンソースソフトウェアの開発とオープンソースハードウェアの開発の大きな違いの 1 つは、ハードウェアは具体的な成果物を生み出し、プロトタイプの作成と製造に費用がかかることです。そのため、「言論の自由であって、ビールの自由ではない」[ 63 ]というフレーズは、正式にはgratis 対 libreとして知られており、コストがゼロであることと、情報を使用および変更する自由という考え方を区別しています。オープンソースハードウェアは、個々のプロジェクト開発者のコストを最小限に抑え、財務リスクを軽減するという課題に直面していますが、コミュニティのメンバーの中には、これらのニーズに対応するモデルを提案している人もいます[ 64 ]。これを踏まえ、オープンソースハードウェア中央銀行のような、持続可能なコミュニティ資金調達メカニズムを開発する取り組みがあります。
オープンソースハードウェアをオープンソースソフトウェアと同じくらい利用しやすくする方法について、広範な議論が行われてきました。明確で詳細な製品ドキュメントを提供することは、ハードウェア開発プロジェクトにおける製品の複製とコラボレーションを促進する上で不可欠な要素です。実務者がこれを行うのに役立つ実用的なガイドが開発されています。[ 65 ]もう一つの選択肢は、オープンソースに適した技術の概念に代表されるように、複製しやすいように製品を設計することです。[ 66 ]
コミュニティベースの環境でオープンソース ハードウェアを開発するプロセスは、オープン デザイン、オープンソース開発[ 67 ]、またはオープンソース製品開発[ 68 ]とも呼ばれます。これらの用語はすべて、ソフトウェア、ハードウェア、文化、教育など、あらゆる製品の開発に適用できるオープンソース モデルの例です。オープン デザインとオープンソース ハードウェアの設計プロセスには、新しい設計手法が伴うのでしょうか、それとも新しいツールの要件が生まれるのでしょうか。オープン性の問題は本当に OSH の鍵となるのでしょうか。[ 69 ]これらの用語の区別については、こちらを参照してください。
オープンソースのハードウェア製品設計の生産に大きく貢献しているのは科学コミュニティです。オープンソースの電子機器と3Dプリンティングを組み合わせて科学機器用のオープンソースハードウェアを生産する取り組みがかなり行われてきました。[ 70 ] [ 71 ] オープンソースハードウェア生産の他のソースとしては、チップやその他の電子部品のベンダーが、参加者と受賞者が設計を共有することを条件にコンテストを主催しているケースがあります。Circuit Cellar誌は、こうしたコンテストの一部を主催しています。
オープンソースの電子機器と3Dプリンティングを使用してオープンソースのラボを作成する方法に関するガイド（Joshua Pearce著『Open-Source Lab』 ）が出版されました。今日、科学者たちはそのようなラボを数多く作成しています。例としては、以下のようなものがあります。
オープンハードウェア企業はビジネスモデルを試行錯誤している。[ 75 ]例えば、littleBitsはCERNオープンハードウェアライセンスバージョン1.2に従って各電子モジュールの回路設計を公開することでオープンソースビジネスモデルを実装している。 [ 76 ]もう一つの例はArduinoで、その名称を商標として登録している。他の企業はArduinoの設計に基づいて製品を製造することはできるが、その製品をArduino製品と呼ぶことはできない。[ 77 ]従来型の企業であっても、オープンソースハードウェアを実装するための適用可能なビジネスモデルは数多く存在する 。 [ 78 ] [ 79 ]例えば、太陽光発電業界は開発と技術革新を加速するために、パートナーシップ、フランチャイズ、二次サプライヤー、そして完全なオープンソースモデルを試行錯誤してきた。[ 80 ]
科学分野では、オープンハードウェアの大部分は他の科学分野と同様に連邦政府の資金援助を受けていますが、オープンハードウェアは一般的に経済的コストがはるかに低いため、科学資金提供者にとって高い投資収益率をもたらします。[ 81 ]これにより、投資家は従来の資金提供者のリスクを負いながら収益を得る機会を得ています。[ 82 ]
近年、多くのオープンソースハードウェアプロジェクトが、Indiegogo、Kickstarter、Crowd Supplyなどのプラットフォームでのクラウドファンディングを通じて資金調達されている。[ 83 ]
フリーソフトウェア運動の創始者であるリチャード・ストールマンは、 1999年にフリーハードウェア（現在ではオープンソースハードウェアとして知られているものを指す彼の用語）の考え方と関連性に懐疑的でした。[ 84 ] 2015年のWired誌の記事で、彼はこの態度を修正し、フリーハードウェアの重要性を認めましたが、フリーソフトウェアとの倫理的な類似性は依然として見出せませんでした。[ 30 ]また、ストールマンはオープンソースハードウェアよりもフリーハードウェア設計という用語を好みますが、これは彼が以前オープンソースソフトウェアという用語を拒否したことと一致しています（フリーソフトウェアの代替用語も参照）。[ 30 ]
ジョシュア・ピアース教授などの他の著者は、オープンソースハードウェアには倫理的な義務があると主張している。特に、持続可能な開発のためのオープンソースの適切な技術に関してである。[ 85 ] 2014年には、主に科学者や大学教員向けの無料およびオープンソースハードウェアの開発を詳述した書籍「Open-Source Lab: How to Build Your Own Hardware and Reduce Research Costs」も執筆した。[ 86 ]ピアースはエルゼビアと提携して科学誌「HardwareX」を創刊した。この雑誌では、科学目的でのオープンソースハードウェアの応用例が多数紹介されている。
さらに、Vasilis Kostakisら[ 87 ]は、オープンソース ハードウェアが公平性、多様性、持続可能性の価値観を促進する可能性があると主張している。オープンソース ハードウェアの取り組みは、グローバルとローカル、都市と農村、先進国と発展途上国といった従来の二分法を超越する。文化的な違い、環境条件、地域のニーズや資源を活用し、ハイパーコネクティビティを取り入れることで、対立ではなく持続可能性と協力を促進する可能性がある。[ 87 ]しかし、オープンソース ハードウェアにはいくつかの課題と矛盾がある。包括性、標準化[ 88 ] 、機能性[ 87 ]の間の緊張関係をうまく乗り越えなければならない。さらに、オープンソース ハードウェアは天然資源や地域住民への圧力を軽減する可能性がある一方で、インターネットなどのエネルギーと物質を大量に消費するインフラストラクチャに依存している。これらの複雑さにもかかわらず、Kostakis らは、オープンソース ハードウェアのフレームワークは、革新的な物語の下で多様な地域イニシアチブを結びつけ、統合する触媒として機能し、真の変化を促すことができると主張している。[ 87 ]
オープンハードウェア（OSH）は、Journal of Open Hardware（JOH）とHardwareXという2つの学術誌を通じて学術分野として発展してきました。これらの学術誌は、最高のOSH設計を掲載するために競い合い、それぞれが設計文書の許容品質に関する独自の要件を定めています。これには、組み立て手順、部品表、CADファイル、ライセンスに関する具体的な要件が含まれます。これらの要件は、他のOSHプロジェクトがOSHリリースの方法を定義する際によく利用されます。また、これらの学術誌は、OSHの定義と使用方法に関する議論に貢献する論文も掲載しています。
ハードウェアはイノベーションの基盤であり、アイデアを回路一つ一つを通して具体的な現実へと変えていく。