サイバーフィジカルシステム（CPS：Cyber-Physical System）は、現実の世界（フィジカル空間）で測ったデータをコンピュータの中の世界（サイバー空間）で分析・判断し、その結果で現実の世界を動かす仕組みです。
CPSは「測る・考える・動かす」の輪
IPA のシステム設計原則の資料は、CPS の動きを「フィジカル空間でセンスしたデータをサイバー空間で分析・判断し、フィジカル空間に作用する」と説明しています。流れを4つの段に分けると次のとおりです。
① 測る … 現実のモノや人の状態を、センサーでデータにする
② 送る … データをネットワークでサイバー空間へ送る
③ 考える … サイバー空間でデータをためて、AI などで分析・判断する
④ 動かす … 判断の結果を、機械を動かす部品や人への指示で現実に返す
現実を測ってサイバー空間へ送り、分析・判断した結果で現実を動かす。この輪がCPSです。
たとえば工場の機械に振動を測るセンサーを付け、データをサイバー空間で分析して、いつもと違う揺れを見つけたら機械の速度を落とします。 CPS は、分析の結果で現実を動かすところまで含めて1つの輪です。 総務省の情報通信白書（平成27年版）に載った有識者の展望でも、CPS ではサイバー上の結果をリアルタイムに物理空間へ返す必要があるため、動かす部品の精度も高める必要があるとされています。
輪の入口で測る部品がセンサー、出口で動かす部品がアクチュエーター、モノをネットワークにつなぐ仕組みがIoTです。どれも CPS を支える部品で、詳しくは IoT・組込みシステム で扱います。 また、この輪が社会のさまざまな場面で回る姿をデータ駆動型社会、政府が目指す社会の姿を Society 5.0 と呼びます（社会変化の動向）。
デジタルツイン ── 現実の双子で先に試す
デジタルツインは、現実世界から集めたデータをもとに、仮想空間の上に現実世界の要素を双子（ツイン）のように再現し、さまざまなシミュレーションを行う技術です（総務省 情報通信白書 令和6年版）。
現実のデータで双子を作り、現実ではやりにくい試しを仮想空間で先に行います。
強みは、現実ではくり返しにくい試しを、仮想空間で何度でもできることです。白書は例として、渋滞の予測、人の動きのシミュレーション、製造現場の監視、耐用テストを挙げ、 生産の最適化、時間やコストの削減、大地震のように現実では起こせない場面の試しができる点をメリットとしています。 国土交通省が進める PLATEAU（3D都市モデルの整備とオープンデータ化）も、都市のデジタルツインを作る取組です。
似た言葉にメタバースがあります。どちらも仮想空間ですが、メタバースは実在しないものも自由に作れて、アバターどうしの交流やゲームなどに使われることが多いのに対し、デジタルツインは実在する現実を写し取る点が違います。 デジタルツインは、現実を写し取り、試した結果を現実に戻すための仮想空間です。 IPA の資料でも、CPS のサイバー空間の側に、現実のモノやプロセスのデジタルツインが置かれています。CPS の輪の「考える」を受け持つ道具の1つ、と位置づけると覚えやすくなります。
エッジコンピューティング ── データが生まれる近くで処理する
クラウドコンピューティングは、データセンターに集めたコンピュータ資源を、ネットワークを通じて遠くから使う形です（クラウド）。 ところが IoT の機器が増え、何でも遠くのクラウドへ送ると、回線のコストと負荷が増え、クラウドが止まったときの影響も大きくなり、すぐに答えがほしい処理が間に合わなくなります（総務省 情報通信白書 令和元年版）。
そこで、処理を機器（端末）に近いネットワークの周辺部（エッジ）で行うのがエッジコンピューティングです。データとその処理をクラウドに集めるのではなく、データが生まれる場所の近くに処理を置きます（同 平成28年版）。
どこまでをエッジで処理するかは、用途によって決まります。令和元年版の白書は「必要な一部の情報処理」をエッジで行うと説明していますが、平成28年版の白書が紹介する工場の例では、ロボットや工作機械から集めたデータの処理を現場側で行い、クラウドとのデータのやり取りを最小限に抑えて、クラウド側の負荷を軽くしています（この仕組みを作った会社は、すべてをクラウドに任せないこの作りを「エッジ・ヘビー」と呼んでいます）。 機器の近くで済ませられる処理を多くするほど、クラウドへ送るデータは減り、クラウド側の負荷も下がります。
機器の近くで済ませられる処理はそこで済ませ、クラウドには結果や要約だけを送ります。
エッジで処理すると何がよいか
速い … 遠くまで往復しないので、すぐに結果を返せる（遅延が小さい）
軽い … クラウドへ送るデータが減り、回線とクラウド側のサーバ（IoTサーバ）の負荷が下がる
守りやすい … クラウドとのやり取りを最小限にでき、セキュリティの確保にも役立つ
エッジコンピューティングはクラウドをやめることではなく、機器の近くで済ませられる処理を近くへ移して、クラウドを補うことです。 長い期間のデータの蓄積や、全体をまとめた分析は、引き続きクラウドが受け持ちます。
取り違えやすい言葉があります。ブロックチェーンは、取引の記録をまとめたブロックを、前のブロックのハッシュ値で鎖のようにつなぎ、改ざんを難しくする技術です。機械学習は、データからコンピュータが規則を自分で見つける技術です（機械学習）。どちらも「どこで処理するか」の話ではないので、エッジコンピューティングとは別物です。
工場の検査ラインで、カメラの映像から不良品を見つけ、すぐにラインから外す仕組みを作ります。映像をすべて遠くのクラウドへ送って判定すると、外すのが間に合わず、回線も混み合います。最も適切な構成はどれですか。
× サーバの処理能力は上がっても、映像が遠くまで往復する時間は縮まらず、回線の混雑も残ります。
× 判定が翌日になるので、不良品をその場でラインから外せません。
○ 正解 ラインの近くに置いたサーバで判定してすぐに外し、判定の結果と件数だけをクラウドへ送るです。
急ぐ判定を機器の近く（エッジ）で済ませるので間に合い、クラウドへ送るデータも減ります。エッジコンピューティングの形です。
× 記録を改ざんしにくくする工夫（ブロックチェーンの考え方）で、判定が間に合わない問題は解決しません。
スマートファクトリー ── 工場でCPSを回す
スマートファクトリー（スマート工場）は、工場の設備や作業をデータにし、そのデータで生産を改善・制御していく工場です。 総務省の情報通信白書（平成30年版）は、ドイツのインダストリー4.0の主眼をスマート工場を中心としたエコシステムの構築とし、人や機械などが互いに通信して、製品がいつ作られ、どこへ納めるべきかといった情報を共有し、製造を円滑にする姿を説明しています。 その先には、大量生産の仕組みを使いながら注文に合わせた製品を作るマス・カスタマイゼーションがあります。
スマートファクトリーでは、この節の用語が1つの工場の中で組み合わさって輪を回します。
工場では、この節の用語が次のように組み合わさります。
IoT（センサー） … 設備の稼働状況をデータで測る。工場の中を見える化する
エッジコンピューティング … 工場の中のサーバで、止める・外すなどの急ぐ判断を返す
デジタルツイン … ラインの配置換えや新しい作り方を、仮想空間で先に試す
フィジカルAI（ロボット） … 判断した作業を、現実の動きとして行う
スマートファクトリーは特定の機械の名前ではなく、工場全体で CPS の輪を回す姿です。 白書（令和2年版）によれば、IoT で稼働状況を測る工場内の「見える化」は以前から行われていて、5G を使えば、カメラ映像での監視や、生産設備のリアルタイムな遠隔制御も実現できるとしています。
フィジカルAI ── 判断を現実の動きに変えるAI
総務省と経済産業省の「AI事業者ガイドライン（第1.2版）」（2026年3月31日）は、このガイドラインで使うフィジカルAIの定義を次のように置いています。 センサなどで物理環境の情報を取り込み、AIモデルで処理して、目的を達成するための最適な方策を自律的に推論・判断し、アクチュエータ（駆動系）などを通じて物理的な行動へつなげるシステム。 サイバー空間での処理にとどまらず、現実世界に直接働きかける（移動・操作・加工など）点が特徴です。 ここでいう「自律」は、高度に自律した状態だけでなく、ある程度の自律性を持つものも含みます。
答えを画面に返すのではなく、判断した結果をそのまま現実の動きにするのがフィジカルAIです。
産業技術総合研究所は、これまでの AI が主に情報を認識し、判断する役割だったのに対し、フィジカルAI は判断を実際の動きとして実行できる点が大きな違いだと説明しています。ロボットのほか、自動運転車や工場の産業機械を制御する AI も含まれます。 フィジカルAIは、CPS の「考える」から「動かす」までを、AI 自身の判断でつなぐ AI です。
ガイドラインの更新（第1.2版）で加わったこと
期待される便益 … 労働力不足の補完、安全性の向上、介護・生活支援など
リスク … 自律的に動くことで人間の意図しない動作が起きる、攻撃される入口が増える、仕組みが複雑で制御が難しくなる
備え … 人間の判断を間に入れる仕組みを作る、操作の履歴を定期的に確かめる、機器に残ったデータを消す
ある物流会社は、倉庫の棚やフォークリフトの動きをセンサーで集め、その倉庫をそっくり再現した仮想空間で、棚の並べ方を何通りも試してから、実際の倉庫を作り替えることにしました。この仮想空間にあたるものはどれですか。
○ 正解 デジタルツインです。
実在する倉庫を現実のデータで写し取り、試した結果を現実の作り替えに生かしています。
× メタバースも仮想空間ですが、実在しないものも自由に作れて、交流などに使われることが多いものです。実在する倉庫を写し取って試すのはデジタルツインです。
× データを機器の近くで処理するという「処理する場所」の考え方で、現実を写し取った仮想空間のことではありません。
× 判断を現実の動きに変える AI のことで、仮想空間で試す仕組みのことではありません。
まとめ
この回で持ち帰ること
1. CPS＝現実を測り、サイバー空間で分析・判断し、結果で現実を動かす輪。入口はセンサー、出口はアクチュエーター、つなぐのが IoT
2. デジタルツイン＝現実のデータで仮想空間に双子を再現し、くり返しにくい試しを先に行う。実在しないものも作れるメタバースとは別
3. エッジコンピューティング＝処理を機器の近くで行う。どこまで近くで行うかは用途しだいで、近くで済ませる処理が多いほど、回線とクラウド側（IoTサーバ）の負荷が下がる。速く返せる。クラウドは補う相手
4. スマートファクトリー＝工場の設備や作業をデータにして生産を改善・制御する工場。見える化、エッジ、デジタルツイン、ロボットが組み合わさる
5. フィジカルAI＝センサーで取り込み、自律的に判断し、アクチュエーターで現実に直接働きかける AI。意図しない動作などに備えて人間の判断を間に入れる
この節で解ける公開問題
令和4〜8年度の公開問題のうち、この節の知識で解ける問題は次の1問です。
エッジコンピューティング
教科書の一覧（現行の試験の順）教科書の一覧（新しい試験の順）過去問
Udemy の ITパスポート講座を、受講者数・★評価・口コミで比べたページです（広告を含みます）。
出典：IPA「ITパスポート試験 シラバス（案）Ver0.1」（2026年8月31日）、「ITパスポート試験 シラバス Ver6.5」、 IPA デジタルアーキテクチャ・デザインセンター「Society5.0に資するシステム設計原則」（2025年3月31日）、 総務省「情報通信白書」平成27年版・平成28年版・平成30年版・令和元年版・令和2年版・令和5年版・令和6年版、 総務省・経済産業省「AI事業者ガイドライン（第1.2版）」（2026年3月31日）・「AI事業者ガイドラインの令和７年度更新内容」（2026年3月12日）、 産業技術総合研究所「フィジカルAIとは？」（2026年5月13日）。 練習問題と例は当サイトが説明のために作ったものです。