[図研／ 長谷川清久参加者]

作品名

“ときめき”で光るイヤリング『e-lamp.』

開発者

Nexstar CEO 山本 愛優美、図研 長谷川 清久

モチベーション

もしも「心」が可視化されたら、社会はどう変わる？でしょうか。2020年、2021年、人と人との関わりは大きく変化しました。全ての人がマスクをつけている日常、リアルに会えないコミュニケーションが増え、感じたこと思ったことが素直に伝えられないことも多いのではないでしょうか？こんなとき、脈拍、血圧、呼吸、体温などのバイタルデータをセンシングし、何らかの方法で相手に伝えることができたならば、人類の未来は変わるかもしれません。

作品概要

『e-lamp.』は身近な「心拍」からドキドキをセンシングして可視化するウェアラブルセンサとして検討しました。ファッション性も考慮してイヤリング型のデバイスとし、耳にパルスセンサを密着させて脈波を読み取り、ドキドキに連動してLEDがピカピカと光る仕組みを考えました。

使用したリーフは、AVRマイコンリーフ、CR-2032電源リーフ、29ピンリーフを利用した自作リーフです。この３枚のリーフと外付けのセンサをΦ30mmのケースの中に組み込んで耳に装着できるように工夫したものを試作しました。

要件

・小型化（イヤリング型のためφ30mm以下の球体）

・電池駆動（省電力化、充電池への対応、充電方法の検討）

・通信機能（スマートフォンによる初期設定、データの保存、グループコミュニケーション）

・さまざまなデザインへの対応（腕時計型、ブレスレット型、ネックレス型など）

ハードウェア構成

・AP01  AVR MCU

・AV01  CR2032

・AX02  29pin（LED、バイタルセンサ）

・AZ01  USB（プログラム書き込み時のみ使用）

開発のポイント

・Φ30mmという目標の球体に入れるための機能の選定、CADを使った基板と実装の小型化アプローチ

・LEDリーフなど専用基板を製作せず、短期間でPoCを実現するためのLeafonyの活用

・CR2032リーフで充電池を活用するという着想

・マグネット接触式充電機構の検討

各要件への対応

・小型化

φ30mmケースへの収納を実現し、実動するデモンストレーションができるレベルに達成。小型化と、汎用デバイスであるLeafonyを活用するために3D-CADでモデルを詳細にチェックしながら、基板や干渉する部分を暫定的に削ったりし、PoCとして重要な超短期間でデモを見せられるレベルを実現。

・電池駆動

CR2032電池にて、省電力化対応のスケッチにて数時間の駆動を実現。また、電池検討の過程で、CR2032リーフが他の電池にも対応していることが判明。リチウムイオン二次電池であるLIR2032は、電池容量が45mAhと少ないが放電特性に優れ、容量の80％くらいまで使い切ることができるため、CR2032と比較して、約1.5倍の駆動時間を実現。二酸化マンガンリチウム二次電池であるML2032は、内部抵抗が大きくLeafonyの電源としては向いていないことが判明。

＜CR2032＞

二酸化マンガンリチウム一次電池、Φ20mm、厚さ3.2mm、3.0V、容量220mAh程度

＜ML2032＞

二酸化マンガンリチウム二次電池、Φ20mm、厚さ3.2mm、3.0V、容量65mAh程度

＜LIR2032＞

リチウムイオン二次電池、R：Φ20mm、厚さ3.2mm、3.7V、容量45mAh程度

さらに、リチウムポリマ充電池（3.7V、容量40mAh）＆充電回路を搭載したモデルを試作。CR2032と比較して、約2.5倍の電池寿命を実現。

・通信機能

LEDを表面実装タイプに変更することにより、実装スペースを確保。USBリーフ、BLEリーフを搭載した新バージョンのモデルを試作。こちらは上記リチウムイオン電池と充電回路を搭載したフル機能バージョンのため、この機能をベースにプロダクトモデルの検討を行う。

・さまざまなデザインへの対応

バイタルセンサを内蔵した腕時計は市販されているのでインパクトは薄いが、イメージの参考として腕時計型のコンセプトモデルを作成。ブレスレット、ネックレスなど応用は可能であるが、バイタルセンサの接触方法が課題。

・その他のアプローチ

ケースに入れるため、その容積が眼底されてしまうという課題の対応として、エレクトロニクス３Ｄプリンターでプリント基板と筐体を一緒に製作するというアイデア。写真は、株式会社ＦＵＪＩ様の開発されたエレクトロニクス３Ｄプリンター「FPM-Trinity」を使って、設計・試作を実施したモデル。

課題

・更なる小型化を実現する

・充電池対応で、８時間以上の駆動を実現する

・イヤリングを取り外して、クレードルに置くことで充電できる機構の検討（もしくはQiを使った非接触充電の検討）

・スマートフォンによる初期設定（バイタルデータの個人差を吸収するためのキャリブレーション機能、光る色や輝度の設定、シングルモード・ペアモードの切り替え、バイタルデータ保存設定）、バイタルデータのスマートフォンへの転送・保存、グループコミュニケーション機能の搭載（カップルモード、ライブモード）

 

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