268約360時間(LTE) バッテリー充電時間 約4時間 バッテリー容量 3,450mAh 消費電力 最大約7W サイズ 幅約110.9mm × 高さ約189mm × 奥行き約8.7mm
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SIIA自主勉強会 <グループB>
腕時計型デバイス「Pebble」と 自作Wearable Deviceの研究
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メンバー紹介(産学共同研究)
大石 和寿(㈱ユニテック)
井出 雄也(㈱ワークノアート)
望月 憲志(㈱ワークノアート)
鈴木 正章(専門学校静岡電子情報カレッジ)
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本日のプレゼン内容
1. Wearable Deviceとは
(Glass、Wristband、Watch、Ring、HeadBand)
2. Wearable DeviceのAPL開発
(ローカルWin、クラウド、ローカルMac)
3. 自作Wearable Deviceの開発
4. まとめ
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1.Wearable Deviceとは
身につけて(Wear)持ち歩くことが出来るコンピュータのこと。
身に付けることから小型化が必須。
小型化するため、各種スペック(処理速度、記憶領域、画面サイズ等)は低い。
既に販売されているWearable Deviceは低スペックを補うためスマホなどとの連携を主としている。
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主なWearable Device [Glass Type]
Google Glass
Telepathy One
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Google Glass [Detail] 項目 内容
価格(Explorer Edition) $1,500
価格(一般向け) $299?
発売時期 2013年末?
開発環境 OSが「Android 4.0.3」のため、Android開発環境を使用すると想定。
UI 音声。 “ok glass ~”で~がコマンド。
その他スペック 25インチディスプレイ カメラ オーディオ Wifi、Bluetooth(LTE?) 16GBフラッシュメモリ、12GBクラウドストレージ
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Telepathy One [Detail]
項目 内容
価格 Google Glass($1,500)未満?
発売時期 2014年中? 2013年秋 SDK限定公開
開発環境 不詳。 オープンな開発環境にはならない?
UI ジェスチャー
その他スペック 不詳。 漫画カメラ相当のアプリはあるらしい。
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主なWearable Device [Wristband type]
NIKE+FUELBAND
UP by JAWBONE
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NIKE+FUELBAND SE [Detail 1] 項目 内容
特徴(ウリ) あらゆる動きの活動量をカウント ・運動時の負荷、歩数、睡眠の記録 → 視覚化 ・時計機能 使い方:腕に装着し、その日の活動目標や獲得したいNikeFuelの量を設定。 本体に内蔵されている加速度計が手首の動きを感知し、そのときどきの活動量を測定。 耐水性あり。 活動量の目標達成に近づくと、リストバンドに表示されるLEDドットの色が赤から緑に変化し、達成すると「GOAL」のドット文字が表示。
価格(niki.com) ¥15,750
発売時期 2012年2月(アメリカ) 新モデル:2013年11月(日本)
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NIKE+FUELBAND SE [Detail 2] 項目 内容
開発環境 不明(野良アプリは無理!?) 専用アプリはNIKEより提供 スマートフォンはiphone系のみ PCは、win,mac両対応
UI 3軸加速センサーにより1日の動きを測定
その他スペック サイズは、S・M・Lの3種類 Bluetooth4.0によるスマートフォンとのペアリング 防水加工
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UP by JAWBONE [Detail]
項目 内容
特徴(ウリ) 健康的なライフスタイルを実現するシステム。 運動や睡眠の活動を記録し、データを表示するので、食事やムードなどのアイテムやコメントを追加したりして、目標に向かって前進し続けることができます。
価格 UP24・・149.99$(約¥15,000)(Bluetoothに対応)usのみ UP・・129.99$(約¥13,000) Amazon Japan・・¥18,000
発売時期 2012年11月(US) 2013年4月(日本)
開発環境 不明(野良アプリは無理!?) 専用アプリ:スマートフォンはiphone系、Android両対応
UI •モーションセンサー•シングル押ボタン式インターフェイス •通知用振動モーター•デュアルLED
その他スペック
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主なWearable Device [Watch type]
Pebble
GALAXY Gear
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Pebble [Detail] 項目 内容
価格 $150
発売時期 2013/1/23
開発環境 本体で稼働する。 (インストールはiPhone/Android端末で行う。) Watch Face と言う、Pebbleの時計表示にバリエーションを持たせるための仕組みも有る。(いわゆるアプリに近い。)
特徴 Eインクディスプレイを備えた多機能腕時計。加速度センサーや防水機構を備え、iPhoneやAndroid端末とBluetooth経由で情報をやり取り可能。 現状日本語非対応。
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GALAXY Gear [Detail]
項目 内容
価格 ¥36,540
発売時期 2013/10/17
開発環境 基本的に母艦(スマフォ)ありきのデバイスだが、単体で動くアプリもインストール可能(らしい)。
特徴 GALAXYデバイスのコンパニオン・デバイス。Bluetoothを使って、GALAXYデバイスと接続。電話、SMS、電子メール、アラートなどを通知し、ユーザーはGearの画面でメッセージの要約などを確認できる。
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その他、珍しいWearable Device その1 (Ring型)
日本のLogbarが開発しているウェアラブルデバイスで、Ringをつけた指で特定のジェスチャーをするとテレビの電源をONにしたり、電子決済することができます。
3/1にFacebookで重要な情報が発表されるという告知がありました。
その内容は、アメリカのKickstarterでの公開後1日半で$250,000の目標額を達成したというものでした。
詳しい仕様等は$5以上の支援で提供、
$145以上でRing本体を受け取ることが
できるとのことです。
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その他、珍しいWearable Device その2(HeadBand型) スマートヅラ (開発者命名はスマートウィッグ)
カツラの頭髪のなかにセンサーや通信装置を内蔵し、別のコンピューティングデバイス(たとえばスマートフォンなど)と通信してさまざまな機能を使えます。
内蔵するデバイスの例として挙げられるのは、携帯への着信などを知らせるバイブレータ、GPS、頭の前後左右に設置して進む方向を示すナビゲーション用バイブレータ、カメラ、超音波センサ、物理的なスイッチを含むさまざまな方式のリモコン、モーションセンサ、圧力センサ、さらにレーザーポインタ、そして「装着した頭部とカツラの相対位置を検知するセンサ」つまりズレセンサなどです。
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2.Wearable DeviceのAPL開発
実際に現物に対してアプリケーション開発を行い、可能性を探る
Wearable Device単体でアプリケーションが動作する
SDKが公表されている
Bluetooth接続が行える
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[Pebble]端末仕様詳細1
対応端末 iPhone 3GS以降、iPod touch、iPad、iOS 5以降、Android 2.3以降
プロセッサ ARM Cortex-M3
ディスプレイ 1.26インチ (144×168) 電子ペーパーディスプレイ (バックライトつき)
通信 Bluetooth 2.1+ EDR and 4.0 (Low Energy)
バッテリ 約7日間(USB充電)
通信可能距離 最長約6m
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[Pebble]端末仕様詳細2
特記事項 振動モーター / 3軸加速度センサー / 防水機能付き バンドは交換可能 幅22mm
開発環境 エミュレータは存在しない ローカルまたはクラウドで開発できる環境がある PebbleSDKが1.0と2.0と公開されている ローカルは仮想OSのWindows上でLinux動かし、PebbleSDKを起動させることで開発可能となる クラウドはユーザ登録することで下記URLから開発可能となる https://cloudpebble.net/ 開発参考サイト https://developer.getpebble.com/
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PebbleのAPL開発環境 エミュレータは存在しない
開発環境には、ローカル、クラウドがある(以下はローカル環境Windowsについて)
Vagrant(仮想の開発環境作成ツール)で開発環境を管理する
VirtualBoxでWindows上でLinuxを走らせる
PebbleSDKをLinux上で走らせる
PuTTY SSH (Vagrant- VirtualBox間でSSH通信をしてる?)
Windows
Vagrant
VirtualBox VirtualBox
Linux
PebbleSDK
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PebbleのAPL開発フロー 1)開発環境でコーディング
2)開発環境でコンパイル
3)スマートフォンに実行ファイルをコピー
4)スマートフォンのPebbleアプリケーションからBluetooth経由でPebbleに実行ファイルをコピー
5)Pebbleでアプリケーションを実行
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PebbleのAPL開発に挑戦!!
後述の自作Wearable Deviceとの連携APLを開発を試みた
しかし・・・
Bluetoothはあるものの、SDKによって使用方法が制限されている
基本的にはスマートフォンに対する接続を提供するのみとなっている
そのため、自作Wearable Deviceとの連携はできなかった
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クラウド環境での Pebbleアプリの開発全体図
Pebble
スマートフォン
Bluetoothペアリング
http
http
www
クラウド開発環境
同一セグメント
PC
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クラウド開発環境画面1
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クラウド開発環境画面2
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Pebbleへのインストール
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Pebble
スマートフォン
Bluetoothペアリング
ローカル開発環境 SDKインストール
Wi-Fi 同一セグメント PC(Mac)
ローカル環境Macでの Pebbleアプリの開発全体図
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ローカル開発環境構築(Mac)
https://developer.getpebble.com/2/getting-started/macosx/
公式サイトよりSDKをインストール
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ローカル開発環境画面1(ソース)
C言語
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ローカル開発環境画面2(ターミナル)
ビルド
スマートフォンに転送
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転送と同時にPebbleへのインストール
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開発に挑戦してみての感想
・現在、日本語非対応なので、開発は全て英語のみ。
→ 日本の代理店は現在存在しない(ビジネスチャンス!?)
・WatchFaceやゲームの開発が現在中心である。
他、万歩計等もあり
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3.自作Wearable Deviceの開発
ウェアラブルデバイス自体を自作する事が出来ないか、調査した。
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ウェアラブルデバイスを成り立たせる条件
そもそも「ウェアラブルデバイス」って何?
ウェアラブル=身に着けて使用するデバイス
→身に着けるデバイスを作る為には何が必要か?
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身に着ける為には・・・ 小型であること(小面積・薄い)
軽いこと
省電力であること(「いつでも(常に)」「どこでも」使える=バッテリー駆動。消費電力が大きいと、バッテリーも「大きく」「重く」なる。)
何らかのセンサーを搭載し、身体の動き(三軸加速度センサーetc・・・)や、外界の情報(明るさ・温度 etc・・・)を取り込む事が出来ること
マン―マシンI/Fとして、何かしらの出力装置(OLEDディスプレイ/液晶ディスプレイ/LED etc・・・)があった方が良い。(無ければ、スマフォ等のデバイスと連携する。)
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出来そう。
キーワード「フィジカルコンピューティング」
そんな物自作出来るの?
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フィジカルコンピューティングとは?
フィジカル=「身体の」とある通り、体を使ったコンピュータ操作をまとめて、フィジカルコンピューティングと呼ぶ。
ウェアラブルコンピュータは、フィジカルコンピューティングを実現させる為の一形態と言える。
最近はフィジカルコンピューティングを実現させる為の開発環境
が充実して来ている。
Google Glass(ウェアラブル) Microsoft Kinect (非ウェアラブル)
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Arduinoとは
イタリア発の、AVRマイコン搭載オープンソースハードウェア。
非常に安価。元々はエンジニア以外の人がフィジカルコンピューティングを実現させる手段として開発された物で、初心者でも簡単に開発を行う事が出来る。
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以下の利点から、今回はArduinoで開発してみる。
1.消費電力が少ない
2.外部デバイスからの情報取得を簡単に行う事が出来る
3.色々なバリエーションがある
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LilyPad Arduino 小型・薄型のArduino互換機。 布地に縫い付け、導電糸で縫い合わせる事で、回路を作る事が出来る。
TinyDuino 超小型のArduino互換機。 幅20ミリで、おおよそ25セント硬貨ほどの大きさ。 価格は19.95ドル。 Arduino Unoと同じプロセッサーを搭載し、同じスケッチが動く。
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4.開発が簡単
5.様々なデバイスを扱う事が出来る
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実際にデバイスを作成してみる
自作の可能性を検証する為、実際にウェアラブルデバイスを作成してみることにした。
<構想>
・Arduinoでプロトタイプを作成。
・デバイス単体で完結せず、他のデバイスと連携する物とする。
→今回は折角調査を進めたので、Pebbleと連携させてみる。
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自作ウェアラブルデバイス例「カメラ」構想 カメラデバイス
Arduino
シャッター指示
Pebble
シャッター指示
画像
Bluetooth による通信
画像
Arduino UNO でプロトタイプを作成し、動作検証後にTinyDuino 等で小型化する事で、最終的には、身に着けられるカメラ(例:ペンダント型)を目指す。
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自作ウェアラブル デバイス「カメラ」
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技術的な検証
1.カメラデバイスの操作
Arduino の デジタルIN・デジタルOUTにて、直接カメラデバイスを操作し、画像取り出す事が出来た。
ただし、Arduinoのメモリには画像1枚は収まらないので、センサーから画像を読み出しつつ、そのまま外部にUSB接続のシリアル通信で出力する形となった。
検証はPCとArduinoをUSBで接続し、PC側に専用アプリを用意して、シリアル通信でシャッター指示・画像の取り出しを行った。
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カメラデバイス検証イメージ
カメラデバイス
Arduino
シャッター指示
Pebbleの代わりにPCに専用アプリを用意して接続
シャッター指示
画像
USB接続シリアル通信
画像
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技術的な検証
2.Bluetooth の操作
Arduino にBluetooth デバイスを接続。
プログラムは、シリアル通信のメソッドがそのまま動くので、特にBluetoothであることを意識すること無く、機能を実装することができた。
(ペアリングの仕組み自体はBluetoothモジュールが請け負ってくれ、Arduinoのプログラムでは、何もする必要が無い。PC側でBluetoothモジュールのペアリング設定を行うと、以降ArduinoのシリアルがそのままBluetoothに置き換わってくれる。)
→PC – Arduino 間でBluetoothによるシリアル通信(送受信)を行う事が出来ることを確認した。
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Bluetooth検証イメージ
Arduino
送信
受信
UART
Bluetooth モジュール
送信
受信
Bluetooth通信
PC上のターミナルソフト
Arduino
送信
受信
UART
UART – USB変換モジュール (Arduinoボード上のFT232)
送信
受信
USBシリアル通信
PC上のターミナルソフト
置き換え
通常のUSBシリアル通信
Bluetoothによる通信
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技術的な検証
3.カメラデバイスのBluetooth化
1で作成したカメラデバイスの通信部分を、Bluetoothに置き換えて、最終的な形とした。
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カメラデバイスのBluetooth化検証イメージ
カメラデバイス
Arduino
シャッター指示
Pebbleの代わりにPCに専用アプリを用意して接続
シャッター指示
画像
Bluetooth通信
画像
Bluetooth モジュール
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ブレッドボード版完成図
(Arduino互換機を使って実装。)
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最終版完成図
ブレッドボード版を基板にまとめ直し、小型化した。
Arduinoの小型版( TinyDuino等)を入手できなかったので、別の小型マイコン基板(MARY基板+Xbee Board)を使って実装した。カメラ接続部の回路も、マイコン基板と同サイズの基板にまとめ直している。
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問題点
1.Bluetooth のマスター化の問題 Arduinoをスレーブとするのは簡単だが、そもそもPebbleがマスターになれないので、
マスター:Arduino
スレーブ:Pebble
の構成にする必要があった。この場合、自力でBluetoothのペアリング作業を行う必要が有り、実装の難易度が上がった。
結局、今回はマスター化の検証を行う事が出来ず、PebbleとArduinoとの間でペアリングすることが出来なかった。
2.Pebble のBluetooth ハンドリングの制限 Pebble のSDK自体が、スマートフォンとの連携という形でしか外部との通信I/Fを用意していない為、自作デバイスとBluetoothで自由にシリアル通信を行う事が出来なかった。
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検証結果・総論
1.Arduinoについて
・開発が容易で、ライブラリも充実している。
・ブレッドボード上に回路を組めば、直ぐに検証を行う事が出来る。
・Bluetoothによる通信は、通常のシリアル通信そのものなので、
まずはUSBシリアル通信で検証する事が可能。
→プロトタイピングには最適。
・様々なモデルが存在し、かなり小型の物もある。
・接続できるBluetoothモジュールも充実している。
→ウェアラブル向けの実装が、比較的容易。
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検証結果・総論
2.既存ウェアラブルデバイス(Pebble)との連携 ・PC-Arduino 間でのカメラ操作・画像の転送は出来たが、PebbleがBluetoothの
マスターになれないので、Pebble-Arduino 間でのやり取りは一切できなかった。
→Pebble自体が、PCやスマートフォンに替わるポジションには無い。
・本体のみで動くアプリケーションを作成する事が、唯一出来そうなデバイスと
言う事でPebbleを採用してみたが、現状のSDKの機能では、外部とのやり取りを
行う必要がある場合、スマートフォンとの連携が前提となってしまい、結局他
のデバイスに対するアドバンテージは感じられなかった。今後、SDKの機能が
拡充される事が望まれる。
→現状はまだ、ベンダー側も手探りで開発を進めている、試行錯誤の段階
に感じられた。
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まとめ
今後成長が見込める分野である。スマートフォンの次はこれ!?
研究を継続したいと感じた・・
大きなコストをかけなくても、自作デバイスに挑戦出来る
環境があるので、企業として参入してみる価値有り!?
企業・学校等、様々な立場のメンバーでの開発は、刺激があって良かった。
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