特集

384 エレクトロニクス実装学会誌　Vol. 18 No. 6 (2015)

1. ウェアラブルとは

　カナダの英文学者，マーシャル・マクルーハンは，メディアとは，私たちの身体，精神，存在そのもののあらゆる「拡張」(extension)を意味するものであるとし，「自転車や自動車は人間の足の拡張であり，服は皮膚の拡張であり，住居は体温機能メカニズムの拡張であり，コンピュータは私たちの中枢組織の拡張である」と定義した 1)。　そこで，筆者らは身体を中心に私達の生活に使われているあらゆるメディア（機材）の分布を図 1のように描いて

みた。埋め込み型→密着型→携帯型→据置型→設備型へと拡張していく身の回りの機器を，一つの同心円に表す。ここで円周方向には，従来の情報を持ち歩くことに便利な「情報ウェアラブル」とともに，環境を持ち歩くことができる「環境ウェアラブル」の 2つがあると考えた。　情報ウェアラブルは，身体における頭脳，目，耳，口，鼻などの五感に対応している。これに対して，環境ウェアラブルは主に皮膚からの拡張であり，足や手の拡張でもある。　この情報ウェアラブルのなかでも，人体密着型ウェアラ

*特定非営利活動法人ウェアラブル環境情報ネット推進機構（〒 100-0006　東京都千代田区有楽町 1-12-1　新有楽町ビル 247）** WINフロンティア株式会社（〒 100-0006　東京都千代田区有楽町 1-12-1　新有楽町ビル 247）*The Advanced Institute of Wearable Environmental Information Networks (Shin Yurakucho Bldg 247, 1-12-1 Yurakucho, Chiyoda, Tokyo 100-0006)** WINFrontier Co., Ltd. (Shin Yurakucho Bldg 247, 1-12-1 Yurakucho, Chiyoda, Tokyo 100-0006)

ウェアラブルデバイスの応用と近未来の展開

板生　清 *，駒澤　真人 **

Wearable Device Applications and Technology Tends

Kiyoshi ITAO* and Makoto KOMAZAWA**

特集／ウェアラブルデバイス技術

図 1.　ウェアラブルの位置づけ 3)

特集

385エレクトロニクス実装学会誌　Vol. 18 No. 6 (2015)

ブルとその進化としてのフレキシブルでディスポーザルな生体センサは，ウォッチ型やリストバンド型などの最近はやりのウェアラブルに比べ，さらに新たな市場を切り開く可能性があり，2020年に世界で 1.7億個を越える市場規模に急成長するという予測がある 2)。

2. 情報ウェアラブル

　2001年以来のセンサネットワークの進歩を携帯ウェアラブルサービスに着目して，その進化をたどってみる。1979年からの音声通信・メールなどの携帯サービスを第 1世代とすると，1999年からのブラウザ・ネットゲーム・音楽配信などの携帯網内サービスの第 2世代を経て，2004年からはインターネットサービスと携帯ネットワークがつながる第 3世代が始まった。そして 2009年からはアンドロイドを搭載するグーグルフォンが日本市場に投入され，携帯電話はインターネット上で展開されていたクラウド・サービスの重要な要素デバイスとして位置づけられるようになり，第 4世代が始まった。　さらに 2011年からは環境センサネットワークサービスや，健康支援サービスなど，固定型環境センサ，固定型医療機器などの各種センサからの情報をもとにクラウド・コンピューティング技術と組み合わされ，いままで周辺機器への一方通行だった情報が，逆に固定のセンサから情報ネットへとあらたなサービスが展開されるようになった。つまり携帯サービスは，固定された装置でセンシングした情報をユーザの持つ携帯電話，特にスマートフォンへと情報を発信したり，周辺機器を制御したりするサービスから進化して，センサがスマートフォン自体を介して情報をクラウドに送り，ユーザがサービスを享受する新たなサービ

スが生まれる時代に入ってきた。すなわち，センサ自体もマイクロ化することによりモビリティを持つことが可能となり，万物からの情報発信とクラウドを通しての情報受信を同一のスマートフォンで行うことも可能となり，ユーザに個別適合されたサービスが，実現できる時代がやってきたのである。図 2に発展段階を示す。

3. ウェアラブルデバイスの事例

　現代はストレス社会と言われて久しいが，過度のストレスを長期間にわたって受け続けると，自律神経系や副腎皮質ホルモンなどの内分泌系にも変調を来すことが明らかになっている 5)。この自律神経系は，緊張・興奮を司る交感神経活動と，リラックスを司る副交感神経活動がバランスよく機能することで身体をコントロールしていると言われている。そのため，自律神経の状態を日常的に日々把握することは健康管理をする上でも重要であるといえる。われわれは主に，ウェアラブルデバイスを活用し，デバイスから測定できる心拍のゆらぎ（RR間隔）を基に心拍変動解析をおこない 6)，そこから得られる自律神経指標からメンタルの状態を可視化するサービスやソフトウェアを提供している。3.1 心拍センサを活用した事例

　図 3に示す事例は，胸部に貼る超小型・軽量のウェアラブル心拍センサを使用して，日常生活において長時間にわたり自律神経活動を測定することができるサービスである。数百人の各年代別，男女別の 24時間計測データベースに基づき自律神経の閾値を算出し，評価の基準としている 7)。長時間の装着が可能であるため，自らの行動で何がストレスになっているか，または何がリラックスできる行

図 2.　マイクロセンサからスマホを経てビッグデータへ 4)

特集

386 エレクトロニクス実装学会誌　Vol. 18 No. 6 (2015)

動であるかを認識することができ，生活習慣の改善につなげることができる。また，睡眠中も測定可能であるため，睡眠の質も自律神経の状態から評価することができる。3.2 指尖脈波センサを活用した事例

　図 4に示す事例は，指尖脈波センサを用いて，1分程度の短時間の測定から，簡便に自律神経の状態を把握することができるシステムである。指尖脈波センサでは，自律神経以外にも指尖脈波をカオス解析して得られる最大リアプノフ指数と呼ばれる値から，精神的免疫力と呼ばれるココロの柔軟性を示す指標を算出することができる 8)。この指標は，脳の中枢，特に「外部への適応力」を示していることが研究成果から分かっており 8)，自律神経指標と組み合わせて，より深いメンタルヘルスチェックをおこなうことが可能である。3.3 スマートフォンを活用した事例

　図 5に示す事例は，専用のセンサや端末機器を一切使用せず，一般に市販されているスマートフォンのカメラを用いて，簡便に自律神経活動の測定ができるアプリケーションである。人間は呼吸をする毎に血流に含まれるヘモグロビンの量が増減するため，その影響で指先の皮膚の色（輝度）が微妙に変化している。本アプリケーションでは，スマートフォンのカメラ部分に指先を当て，皮膚の輝度を連続的に取得することで，輝度の変化から脈波波形を検出し，その脈波のゆらぎより，自律神経状態を解析してい

る 9)。専用のセンサと比較して精度は 8割程度の相関が示せており，日々のストレス度合の傾向を把握するには，問題のないレベルとなっている。現在ではスマートフォンの普及率が高まっているため，一般の方も専用の機材を購入することなく，手軽に自律神経の状態を把握することが可能となった。　以上述べたように，ウェアラブルデバイスの発展に伴い，より簡易に自らの健康状態を把握することが可能となった。今後，ウェアラブルデバイスを使って蓄積されたビックデータ情報を基に，よりユーザに個別適合したサービスやシステムの提供が可能になると考えている。

4. 環境ウェアラブル

　人間が存在する空間が，「屋外」→「屋内」→「自動車」→「服」となるにともなって，個人のニーズとのマッチングが強く求められる。究極のウェアラブルは，かくして服とともにある。ここでは人間のバイタルサイン（生体情報）に基づく暖かい，寒いなどの心地よさを含めて物理空間の持ち歩きまでがウェアラブルの範囲となる（図 6）。　今後の情報社会では，インフラの整備は進んでいく。しかし，究極は個々人のニーズにきめ細かく合わせるためのパーソナルサービスが必要不可欠である。このときウェアラブル・コンピュータはさらに情報だけではなく，環境をも持ち歩くウェアラブル・マシンに進化するであろう 10)。図 7は人間の生体情報をセンシングして，情報を処理し，さらに冷暖房などのアクションを興すというフィードバックループを示している。

図 3.　心拍センサを活用した事例

図 4.　指尖脈波センサを活用した事例

図 5.　スマートフォンを活用した事例

図 6. 『情報ウェアラブル』から『環境ウェアラブル』へさらには，『情報・環境統合ウェアラブル』へ

特集

387エレクトロニクス実装学会誌　Vol. 18 No. 6 (2015)

　このためには，生命活動の維持に必要な恒常性（ホメオスタシス）と，高い覚醒度が保たれた状態で表出される脳の認知機能の研究によって，快適・省エネを実現するヒューマンファクターの実現が重要である。　このような快適性は，個々の人に適合して身体を直接冷暖房する手段でこそ実現できる可能性が大である。そのうえ，家屋や事務室全体の温湿度を制御していた大消費電力空調システムの稼働率を大幅に低減することが可能となる。　これまで，快適環境は豊富な電力エネルギを消費することで実現されていた。これが崩壊しようとしている。この結果，熱中症あるいは低体温症などの健康危機，また労働生産性低下などの問題が懸念される。こういったエネルギ危機に対する解決策が求められている。その有力な一つが「快適・省エネヒューマンファクターの研究」である。　さらに，環境ウェアラブル技術の主要技術である「ウェアラブル局所冷暖房技術」が進んでいくならば，多くの範囲にその影響が及ぶものと考えられる。すなわち，家電製品レベルの酷暑環境での作業能率向上機器，家庭や事務所での省エネ機器や健康増進機器，さらには医療機器としての局所冷暖房応用など，さまざまな用途への実用化が待たれている。これを筆者らは「e－ウェアコンの世界」と命名し，環境ウェアラブルの典型例と位置づけた。　最近華々しく発表されている時計型・眼鏡型の「情報ウェアラブル」が，スポーツ・健康・医療の一部で使われるのに対し，筆者が提唱する新たな概念である「環境ウェアラブル」は，健康・医療・作業効率向上・省エネ・快適に有用となろう。　すなわち寒暖・有害ガスなどの環境に支配される人間が，近い将来，環境ウェアラブルデバイスの装着によって解放されることになるであろう。「環境ウェアラブル」と「情報ウェアラブル」の統合によって，熱中症の回避や遠隔

見守りを実現することが可能となり，高齢化社会に役立つウェアラブル技術が実現する日も近い（図 8）。

5. 近未来の展開

　近未来には，図 9に示すように，人間から発信される情報をセンシングし，刻々の状態を認識し，日常生活リズムの日々データを蓄積し，データベース化し，異常検出した場合に救急病院や自宅へ通信網を介して自動連絡するウェアラブル情報機器を各自が身にまとって生活するのが，ヘルスケアの形になると考えられる。このシステムが実現されると，日常生活で生体情報のデジタル自動記録，またたとえばエアコン制御のような周辺機器の制御や転倒検出と緊急通報，徘徊痴呆老人の定位が可能となる。　現在，図 10のように，生体情報のウェアラブルセンシン

図 7.　健康を守る情報システムの基本構成

図 8.　情報ウェアラブルと環境ウェアラブル 3)

図 9.　近未来の生体情報通信システム 11)

図 10.　ウェアラブル生体情報通信システム 11)

特集

388 エレクトロニクス実装学会誌　Vol. 18 No. 6 (2015)

グ手法に関しての研究が進んでいる。心電図，心拍，脈拍，血流，呼吸，身体活動などのバイタルサインや，咀嚼などのヘルスケアに応用するシステムが実用化の域に達している。具体的には，

(1) 長時間のモニタによる生体リズムに基づくヘルスケア，現代社会特有の疾患（注意欠陥多動性障害，慢性疲労症候群など）を予防もしくは解消するツールの開発。

(2) 人体各所に分散されたセンサとメモリ，情報処理ユニット間をワイヤレスで結ぶネットワーク (Personal Area Network)の研究。

(3) 体の中に情報機器を埋め込んでしまって，生体と情報機器の境界をなくしてしまうバイオネット機器の研究。

などである。技術は図 11に示すように，純機械技術から電気・機械技術，電気・機械・情報技術へと進展し，現在，マイクロテクノロジーからナノテクノロジーへと発展しつつある。今後のウェアラブルは，まさにテキスタイル技術をベースに発展するであろう。また，生体現象のセンシングから得られる人間情報は，図 12のように情報処理されて，病気の診断に役立つものとなろう。

（2015.7.17-受理）

図 11.　技術の富士山 12)

図 12.　バイタルサインと対応する疾病例 13)

特集

389エレクトロニクス実装学会誌　Vol. 18 No. 6 (2015)

・文　　　献

1) W. ゴードン：“マクルーハン，”宮澤淳一訳，筑摩書房，2001年

2) “Human Body Electronics (HuBE)研究開発動向とアプリケーション─密着型デバイス／Flexible & StretchableElectronics

の進展と実用化，─ HuBEによるヘルスケア／医療サービスの展開とビジネスモデル，”ふじわらロスチャイルドリミテッド，2014年 9月

3) “ネイチャーインタフェイス，”No. 62，2014年 12月4) 板生　清：“クラウド時代のヘルスケアモニタリングシステム構築と応用，”シーエムシー出版，2012年

5) T. Onaka: “Stress and its Neural Mechanisms,” Journal of

Pharmacological Sciences, Vol. 126, No. 3, pp. 170–173, 2005

6) Task Force of the European Society of Cardiology and the North

American Society of Pacing and Electrophysiology: “Heart rate

variability: standards of measurement, physiological interpretation,

and clinical use,” Circulation, Vol. 93, pp. 1043–1065, 1996

7) K. Itao, M. Komazawa, Y. Katada, K. Itao, H. Kobayashi, and Z.

W. Luo: “Age-related Change of the Activity of Autonomic

Nervous System Measured by Wearable Heart Rate Sensor for

Long Period of Time,” 4th International Symposium, Mindcare,

Tokyo, Japan, May 8–9, 2014, Revised Selected Papers

8) Y. Hu, W. Wang, T. Suzuki, and M. Oyama-Higa: “Characteristic

Extraction of Mental Disease Patients by Nonlinear Analysis of

Plethysmograms,” 2011 International Symposium on Computa-

tional Models for Life Sciences (CMLS-11), pp. 92–101, 2011

9) 駒澤真人，板生研一，羅志偉：“スマートフォンのカメラを用いた心拍変動解析システムの開発，”第 20回人間情報学会ポスター発表集，pp. 19–20，2014年

10) “ネイチャーインタフェイス，”No. 60，2014年 4月11) “ウェアラブルへの挑戦，”工業調査会，2001年 1月12) “ウェアラブル・コンピュータとは何か，”NHKブックス，

2004年 5月13) 板生　清，他：“ウェアラブルセンサを用いた健康情報シス

テム，”情報処理振興事業協会，2002年度成果報告集第二版

著者紹介板生　清（いたお　きよし）1968年東京大学修士課程を修了。日本電信電話株式会社研究企画部長，東京大学大学院工学系研究科教授を歴任。ウェアラブル環境情報ネット推進機構理事長，東京大学名誉教授，工学博士。

駒澤真人（こまざわ　まこと）2006年 東京理科大学理工学部卒，2008年 東京工業大学大学院総合理工学研究科卒，神戸大学大学院システム情報学研究科博士課程在籍中。WINフロンティア株式会社 取締役。