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」

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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