オープンソースハードウェア

オープンソースハードウェア( OSH、OSHW ) は、オープンデザイン運動によって設計および提供される技術の物理的な成果物で構成されています。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文化運動によって作成され、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、 FOSH (フリーオープンソースハードウェア)と呼ばれることもあります。この用語は通常、ハードウェアに関する情報が簡単に識別できるため、他の人が作成できることを意味し、メーカー運動と密接に結びついています。^[1]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^[2]、集積回路レイアウトデータ) に加えて、ハードウェアを駆動するソフトウェアはすべて、フリー/解放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受け取り、設計を改善できる可能性があります。現在、このような共有が科学コミュニティに高い投資収益をもたらす可能性があるという重要な証拠があります。^[3]

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やプロジェクトは、モジュール設計やコミュニティのコラボレーションなどのオープンソースの原則に従います。^{[4] [5] [6]}

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) 設計で直接、システム オン チップシステムをセットアップするためによく使用されます。配布される HDL モジュールは、半導体知的財産コア(IP コアとも呼ばれます ) 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にとって、プロプライエタリな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、前提条件ではありません。また、プロプライエタリなハードウェア向けのオープンドキュメントの概念と混同しないでください。プロプライエタリなハードウェア向けのオープンドキュメントは、FLOSSデバイスドライバと完全なオペレーティングシステムを書くのにすでに十分です。^{[7] [8]} 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する必要がある通信プロトコルに関する情報（多くの場合、レジスタドキュメント、またはハードウェア向けオープンドキュメントと呼ばれます^[7]）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なハードウェアには、前者は含まれず、後者のみが含まれ

最初のハードウェアに焦点を当てた「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設立者であり、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立ち上げました。^{[9] [10]}

オープンハードウェア認証プログラムの開始直後、デビッド・フリーマンは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。これは、インターフェイスが公開されているハードウェアコンポーネントをライセンスし、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を作成するというもう1つの試みでした。 ^[11] 1999年初頭、セペール・キアニ、ライアン・ヴァランス、サミール・ネイフェは、オープンソースの哲学を機械設計アプリケーションに適用する取り組みに参加しました。彼らは共同で非営利法人としてオープンデザイン財団（ODF） ^{[12]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衰退しました。

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 Diehl Martin によって設立され、2000 年初頭には FreeIO の Web サイトも立ち上げられました。2000 年代初頭から中頃にかけて、FreeIO はGNU General Public Licenseに基づいてリリースされたフリー/オープン ハードウェア設計の焦点でした。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。^[13] Martin の命名スキームにより、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を付けたため、設計はある程度の評判を得ました。Martin 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だけでなく、他のボランティアも引き付けました。FreeIO での新しいオープン ハードウェア設計の開発は、Martin が膵臓がんで亡くなった 2007 年に終了しましたが、既存の設計は組織の Web サイトから引き続き入手できます。^[14]

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動の中心地となりました。2007年に、Perensはopenhardware.orgのWebサイトを再開しましたが、現在（2023年8月）は非アクティブです。

オープングラフィックスプロジェクトは、フリーでオープンな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、製造する取り組みであり、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ための組織の設立を提案しました。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）を設立しました。 ^[15]

ツーソンアマチュアパケット無線株式会社（TAPR）は、アマチュア無線家の非営利組織として1982年に設立され、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会長のエリックS.レイモンドはOHLの特定の側面について懸念を表明し、ライセンスを見直しないことを決定しました。^[16]

2010年頃、 Freedom Definedプロジェクトの文脈で、多くの人々の共同作業によってオープンハードウェア定義が作成され^[17]、2016年現在、数十の組織や企業に受け入れられています。^[18]

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であるCERN OHLをリリースした。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ハビエル・セラーノ氏は、「設計を公開することで、CERNはピアレビューを通じて設計の品質を向上させ、商業企業を含むユーザーに設計を研究、変更、製造する自由を保証し、ハードウェアの改善と作業の重複の削減につながることを期待しています」と説明した。^[19]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起草されたが、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る。^[20]

2011年のオープンハードウェアサミットの後、ライセンスとオープンソースハードウェアを構成するものについての激しい議論の末、ブルース・ペレンズはOSHW定義とそれに携わった人々の共同作業を放棄した。^{[21]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、}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。^[22] 2014年以降、openhardware.orgはオンラインではなく、活動を停止しているようだ。^[23]

oshwa.orgのオープンソースハードウェア協会（OSHWA）は、TAPR、CERN、OSIなどの他の組織と協力しながら、あらゆるジャンルのオープンソースハードウェア活動のハブとして機能しています。OSHWAは2012年6月にデラウェア州で組織として設立され、2013年7月に免税ステータスを申請しました。^[24] OSIとの商標干渉に関する議論の後、2012年にOSHWAとOSIは共存協定に署名しました。^{[25] [26]}

FOSSi財団は、 RISC-Vアーキテクチャの公式リリースから約1年後の2015年に、オープンソースシリコンチップ運動の促進と保護を目的とした英国を拠点とする非営利団体として設立されました。^[27]

フリーソフトウェア財団は、4つの自由から派生した「フリーハードウェア」の代替定義を提案している。^{[28] [29]}

オープンソースハードウェアのハードウェアという用語は、歴史的にオープンソースソフトウェアのソフトウェアという用語と対比して使われてきました。つまり、ソフトウェアが実行される電子ハードウェアを指します（前のセクションを参照）。しかし、非電子ハードウェア製品がオープンソース化されるにつれて（WikiHouse、OpenBeam、Hovalinなど）、この用語は「物理的製品」というより広い意味で再び使用される傾向があります。オープンソースハードウェアの分野は、電子ハードウェアを超えて、工作機械、車両、医療機器などのより広範な製品カテゴリをカバーすることが示されています。^[30]その意味で、ハードウェアは、電子ハードウェア、機械ハードウェア、繊維、さらには建設ハードウェアなど、あらゆる形態の有形製品を指します。オープンソースハードウェア（OSHW）定義1.0では、ハードウェアを「有形の成果物、つまり機械、デバイス、またはその他の物理的なもの」と定義しています。^[31]

電子機器は、オープンソース ハードウェアの最も人気のあるタイプの 1 つです。PCB ベースの設計は、ソフトウェアと同様に CAD ファイルとして公開でき、ユーザーはそれを PCB 製造会社に直接送信して、メールで組み立てたものを受け取ることができます。または、ユーザーがコンポーネントを入手して自分ではんだ付けすることもできます。

Sparkfun、Adafruit、Seeedなど、多種多様なオープンソースエレクトロニクスを提供する企業は数多くあります。また、 Arduinoエレクトロニクスプロトタイピング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。低コストの電圧と電流のGMAWオープンソース3Dプリンターモニター^{[32] [33]}やロボット支援質量分析アッセイプラットフォーム^{[34] [35]}など、特殊なオープンソースエレクトロニクスの例は数多くあります。オープンソースエレクトロニクスは、化学手順の自動化など、さまざまな用途に使用されています。^{[36] [37]}

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 - LGPL/GPL)、OpenSparc (2005 - GPLv2)、RISC-V (2010 - オープン スタンダード、非営利目的での実装は無料) 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、より大規模な設計に組み合わせることができる標準チップ設計サブコンポーネントの大規模なライブラリです。

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り、OSHチップ設計を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実行できるようになりました。^[38]

純粋に機械的な OSH 設計には、機械部品、工作機械、車両が含まれます。Open Source Ecologyは、自己複製を可能にすることを目的とした機械ツールと部品の完全なエコシステムの開発を目指す大規模なプロジェクトです。

XYZ Space Frame Vehicles のような自転車や Tabby OSVehicle のような自動車を含むオープンソースの乗り物も開発されています。

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。 ^[30]

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 ^[39] 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Lasersaurなどが挙げられます。

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echOpen、Ten Kateらによるレビュー研究^[40]に記載されているさまざまな義手（例：OpenBionicsのProsthetic Hands）などがあります。

オープンソース ロボティクスは、オープンソース ハードウェア メカトロニクスとオープンソース 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ハードウェアとソフトウェアの間で行き来する、特に活発な領域となっています。

オープンソース ハードウェア製品の例としては、建設 (Wikihouse)、繊維 (Kit Zéro Kilomètres)、銃器 ( 3D プリント銃器、Defense Distributed ) などが挙げられます。

オープンソースハードウェアプロジェクトの中には、新しいライセンスを作成するのではなく、既存の無料のオープンソースソフトウェアライセンスを使用するものもあります。^{[41]これらのライセンスは}特許法にあまり適合しない可能性があります。^[42]

その後、ハードウェア設計に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。^[43]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た基本原則の多くが、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的には似ているものの、ほとんどのハードウェアライセンスは根本的に異なります。ハードウェア設計の多くは著作権で保護されないため、その性質上、ハードウェアライセンスは著作権法よりも特許法に大きく依存しています。 ^{[44]著作権ライセンスはソースコードや設計書の配布を制御できますが、特許ライセンスは設計書から構築された物理デバイスの使用と製造を制御できます。この違いは、} TAPRオープンハードウェアライセンスの前文に明示的に記載されています。

「OHL 設計の恩恵を受ける者は、その設計が自らの特許またはその他の知的財産権を侵害していると主張して訴訟を起こすことはできません。」

—  TAPR オープン ハードウェア ライセンス^[45]

注目すべきライセンスは次のとおりです。

• TAPRオープンハードウェアライセンス：弁護士ジョン・アッカーマンが起草し、OSSコミュニティのリーダーであるブルース・ペレンズとエリック・S・レイモンドがレビューし、何百人ものボランティアがオープンコミュニティディスカッションで議論しました^{[46] [16]}
• Balloon Open Hardware License: Balloonプロジェクトのすべてのプロジェクトで使用されています
• もともとソフトウェアライセンスではあるが、OpenCoresはLGPLを推奨している。
• ハードウェア設計パブリックライセンス: Opencollector.org の管理者 Graham Seaman によって作成されました
• 2011年3月にCERNはオープンハードウェアリポジトリ^[48]やその他のプロジェクトで使用することを目的としたCERNオープンハードウェアライセンス（OHL）^[47]をリリースしました。
• Solderpadライセンス^[49]はApacheライセンスバージョン2.0のバージョンであり、弁護士のAndrew Katzによって修正され、ハードウェアでの使用に適したものになりました。

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った7つのライセンスを推奨しています。^[50]一般的なコピーレフトライセンスとしては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としてはCERN Open Hardware License (OHL) とTAPR Open Hardware License (OHL)、許容ライセンスとしてはFreeBSDライセンス、MITライセンス、Creative Commons Attributionライセンスがあります。 [51] 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。^{[ 52]}

組織は共通のライセンスに集まる傾向があります。たとえば、OpenCoresはLGPLまたは修正BSDライセンスを好み、^[53] FreeCoresはGPLを主張し、^[54] Open Hardware Foundationは「コピーレフトまたはその他の許容ライセンス」を推進し、^{[55] Open} Graphics ProjectはMITライセンス、GPL、プロプライエタリライセンスを含むさまざまなライセンスを使用し、 ^[56] Balloon Projectは独自のライセンスを作成しました。^[57]

「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度を指すだけでなく、一般的には、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。^[59]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、製品はプライベートな環境で閉鎖的な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、パブリックな環境でコミュニティ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ります。前者の場合の方が、より困難な後者の場合よりも頻繁に発生します。^[30]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ユビキタスな制御を失うことを受け入れること、ボランティアプロジェクトメンバーの気まぐれな参加という状況で継続性を確保することなど、いくつかの課題に直面します。^[60]

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、ハードウェアは実体のある成果物を生み出すため、プロトタイプの作成と製造にコストがかかることです。その結果、「ビールの自由ではなく、言論の自由」というフレーズ^[61]は、より正式にはgratis vs libreとして知られ、ゼロコストの概念と情報の使用と変更の自由を区別しています。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、一部のコミュニティメンバーはこれらのニーズに対処するモデルを提案しています^[62]。これを踏まえ、オープンソースハードウェア中央銀行などの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アクセス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ための重要な要素です。実践者がそれを行えるように、実用的なガイドが開発されています。^{[63]もう1つの選択肢は、}オープンソースの適切な技術の概念に例示されているように、複製しやすいように製品を設計することです。^[64]

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^[65]、オープンソース製品開発^[66]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、教育を含む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いますか、それとも新しいツールの要件が生じますか？オープン性の問題は、OSHにおいて本当に重要な問題ですか？^[67]これらの用語の説明については、 ここを参照してください。

オープンソースハードウェア製品の設計の生産に大きく貢献しているのは科学界です。オープンソースエレクトロニクスと3Dプリントを組み合わせて、科学ハードウェア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盛んに行われてきました。^{[68] [69] [70]}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、参加者と優勝者が設計を共有するという条件でコンテストを主催するチップやその他の電子部品のベンダーが挙げられます。Circuit Cellar誌は、こうしたコンテストのいくつかを主催しています。

オープンソース エレクトロニクスと3D プリントを使用してオープンソース ラボを作成するためのガイド ( Open-Source Lab (書籍)、Joshua Pearce著)が出版されています。今日、科学者はそのようなラボを数多く作成しています。例:

• ボストンオープンソースサイエンス研究所、マサチューセッツ州サマービル
• BYUオープンソースラボ、ブリガムヤング大学^[71]
• ミシガン工科大学^[72]
• 国立清華大学^[73]
• OSU オープンソースラボ、オレゴン州立大学
• テキサス大学エルパソ校オープンソース研究ラボ

オープンハードウェア企業はビジネスモデルの実験を行っています。^[74]たとえば、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、オープンソースのビジネスモデルを実装しています。 ^[75]もう 1 つの例は、Arduinoで、同社は自社の名前を商標として登録しています。他社は Arduino の設計から製品を製造できますが、その製品を Arduino 製品と呼ぶことはできません。^[76]従来の企業でも、一部のオープンソースハードウェアを実装するためのビジネスモデルは多数あります。たとえば、太陽光発電業界では、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、完全なオープンソースモデルを実験してきました。^[77]

最近では、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上でクラウドファンディングを通じて資金調達されています。^[78]

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年当時、フリーハードウェア（現在オープンソースハードウェアとして知られているものに対する彼の用語）の考え方と妥当性に懐疑的だった。^{[79] 2015年に}Wired Magazineに寄稿した記事で、彼はこの姿勢を修正し、フリーハードウェアの重要性を認めたものの、依然としてフリーソフトウェアとの倫理的な類似点はないとした。^{[28]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デザインという用語を好んでおり、これは彼が以前に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る（フリーソフトウェアの代替用語も参照）。^[28]

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、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は倫理的義務があると主張している。^[80] 2014年に彼はまた、主に科学者と大学教員向けの無料のオープンソースハードウェアの開発について詳しく述べた「オープンソースラボ：独自のハードウェアを構築して研究コストを削減する方法」という本を執筆した。^[81]ピアースはエルゼビアと提携して科学雑誌HardwareXを創刊した。この雑誌では、科学的目的でのオープンソースハードウェアの応用例を数多く取り上げている。

さらに、ヴァシリス・コスタキスら [et]ら^[82]は、オープンソースハードウェアは公平性、多様性、持続可能性の価値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う従来の二分法を超越している。文化の違い、環境条件、地域のニーズ/リソースを活用し、ハイパーコネクティビティを受け入れながら、紛争ではなく持続可能性とコラボレーションを促進する可能性がある。^[82]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、機能性の間の緊張を乗り越えなければならない。^[82]さらに、オープンソースハードウェアは天然資源と地域住民への圧力を軽減する可能性があるが、インターネットなどのエネルギーと材料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、コスタキスらは、オープンソースハードウェアフレームワークは、急進的な物語の下で多様な地域イニシアチブを結び付け、統合するための触媒として機能し、真の変化を促すことができると主張している。^[82]

OSH は、 Journal of Open Hardware (JOH) とHardwareX という2 つのジャーナルを通じて学術分野として成長してきました。これらのジャーナルは、最高の OSH 設計を公開するために競い合い、それぞれが、構築手順、部品表、CAD ファイル、ライセンスの特定の要件など、設計ドキュメントの許容品質を構成する要件を独自に定義しています。これらの要件は、他の OSH プロジェクトで OSH リリースの実行方法を定義するためによく使用されます。これらのジャーナルは、OSH をどのように定義し、使用すべきかについての議論に貢献する論文も公開しています。

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• シンプター

• オープンソースハードウェアの構築: ハッカーとメーカーのための DIY 製造、 Alicia Gibb、Addison Wesley 著、2014 年 12 月 7 日、ISBN 0321906047 
• オープンソースハードウェアテクノロジーペーパーバック、著者：Fouad Soliman、Sanaa A. Kamh、Karima A. Mahmoud、出版社：Lap Lambert Academic Publishing、2020年3月24日、ISBN 6202516399 
• オープンソース ラボ: 独自のハードウェアを構築して研究コストを削減する方法、 Joshua M. Pearce 著、Elsevier、2013 年 12 月 17 日、ISBN 0124104622 

Wikimedia Commons には、オープン ハードウェアに関連するメディアがあります。

Scholia には、オープンソース ハードウェアに関するトピックプロファイルがあります。