ウェアラブルコンピュータ

イングランド女王エリザベス1世は1571年にロバート・ダドリーから新年の贈り物として時計を受け取った。それは手首ではなく前腕に着けられていた可能性がある。彼女はまた、指輪にセットされた「指時計」も所有しており、それは指を突くとアラームが鳴る仕組みになっていた。^{[ 15 ]}

清朝時代には、指輪に装着したまま使用できる、完全に機能するそろばんが導入された。 ^{[ 3 ] [ 16 ]}

1961年、数学者のエドワード・O・ソープとクロード・シャノンは、ルーレットで勝つためにコンピューター制御の計時装置をいくつか製作した。そのうちの1つは靴の中に、もう1つはタバコの箱の中に隠されていた^{[ 17 ]}。この装置の様々なバージョンが1960年代と1970年代に製作された。

ソープは自身を最初の「ウェアラブルコンピュータ」の発明者と称している。^{[ 11 ]}他のバリエーションでは、このシステムはルーレットホイールの動きを予測するように設計された、タバコの箱サイズの隠されたアナログコンピュータだった。データ取得者は靴に隠されたマイクロスイッチを使用してルーレットホイールの速度を示し、コンピュータはラジオを介して協力者の耳の穴に隠された小型スピーカーに音楽トーンを送信することで、賭けるべきルーレットホイールのオクタントを示した。このシステムは1961年6月にラスベガスでテストに成功したが、スピーカーワイヤーのハードウェアの問題により、テスト実行を超えて使用されることはなかった。^{[ 18 ]}これは使用中に用途を変更できなかったため、ウェアラブルコンピュータではなく、タスク固有のハードウェアの例だった。この研究は、1966年にソープの著書『 Beat the Dealer』（改訂版）^{[ 18 ]}で初めて言及されるまで秘密にされ、その後1969年に詳細に出版された^{[ 19 ]。}

ポケット電卓は1970年に日本で始まり、一般市場向けの機器となった。1970年代後半には、より汎用的なコンピュータであるプログラム電卓が登場した。ヒューレット・パッカードのHP-01代数計算機ウォッチは1977年に発売された。 ^{[ 20 ]}

1977年にCCコリンズによって発売された、視覚障害者向けのカメラから触覚ベストへの変換は、ベスト上の10インチ四方の1024ポイントの触覚グリッドに変換した。 ^{[ 21 ]}

1980年代には、より汎用的なウェアラブルコンピュータが台頭した。1981年、スティーブ・マンは、テキスト、グラフィック、マルチメディア機能、ビデオ機能（カメラやその他の写真システム）を備えた、バックパックに取り付ける6502ベースのウェアラブルマルチメディアコンピュータを設計・製作した。マンはその後、ウェアラブル分野の初期の活発な研究者となり、特に1994年にライフログの最初の例であるウェアラブルワイヤレスウェブカメラを製作したことで知られている。^{[ 22 ] [ 23 ]}

セイコーエプソンは1984年にRC-20リストコンピュータを発売した。これはチップ上のコンピュータを搭載した初期のスマートウォッチだった。^{[ 24 ]}

1989年、Reflection Technology社は、振動ミラーを使用して視野全体に垂直に並んだLEDを走査するヘッドマウントディスプレイ「Private Eye」を発売した。このディスプレイは、ジェラルド・「チップ」・マグワイアのIBM /コロンビア大学学生用電子ノートブック^{[ 25 ]} 、ダグ・プラットのHip-PC ^{[ 26 ]} 、1991年のカーネギーメロン大学のVuMan 1 ^{[ 27 ]}など、趣味や研究用のウェアラブルデバイスを数多く生み出した。

学生用電子ノートブックは、Private Eye、東芝製ディスクレスAIXノートブックコンピュータ（プロトタイプ）、スタイラス入力システム、および仮想キーボードで構成されていた。直接拡散スペクトラム方式の無線リンクを使用して、 NFSマウントファイルシステムやX11など、一般的なTCP/IPベースのサービスをすべて提供し、これらはすべてAndrew Project環境で動作した。

Hip-PCには、ベルトに取り付けるコード入力用キーボードとして使用できるAgendaパームトップと、1.44メガバイトのフロッピーディスクドライブが搭載されていた。後のバージョンでは、Park Engineering社製の追加機器が組み込まれた。このシステムは、1991年4月16日に開催された「The Lap and Palmtop Expo」で初披露された。

VuMan 1は、カーネギーメロン大学工学設計研究センターの夏季集中講座の一環として開発され、住宅の設計図を閲覧することを目的としていました。入力はベルトに装着する3ボタンユニットで行い、出力はReflection Tech社のPrivate Eyeで行いました。CPUは8MHzの80188プロセッサで、 ROM容量 は0.5MBでした。

1990年代にはPDAが広く普及し、1999年には日本で携帯電話と組み合わされて、初の量産型スマートフォンが誕生した。

1993年、Private Eyeは、ダグ・プラットのシステムをベースに、パーク・エンタープライズのキット、デボン・ショーン・マッカローから借りたPrivate Eyeディスプレイ、ハンディキー製のTwiddlerコードキーボードから構築されたサッド・スターナーのウェアラブルデバイスに使用されました。このシステムは、その後何度も改良され、 MITのウェアラブルコンピュータ「Tin Lizzy」のデザインとなり、スターナーはMITのウェアラブルコンピューティングプロジェクトの創設者の1人となりました。1993年には、コロンビア大学の拡張現実システムKARMA（Knowledge-based Augmented Reality for Maintenance Assistance）も登場しました。ユーザーは片目にPrivate Eyeディスプレイを装着し、両目を開けて現実世界を見るとオーバーレイ効果が得られます。KARMAは、修理対象の上にワイヤーフレームの回路図とメンテナンス手順を重ねて表示します。たとえば、レーザープリンターの上にグラフィカルなワイヤーフレームが表示され、用紙トレイの交換方法が説明されます。このシステムは、物理世界の物体に取り付けられたセンサーを使用してそれらの位置を特定し、システム全体はデスクトップコンピュータからテザリングされて動作した。^{[ 28 ] [ 29 ]}

1994年、トロント大学のエドガー・マティアスとマイク・ルイッチは、「リストコンピュータ」を発表した。彼らのシステムは、当時登場しつつあったヘッドアップディスプレイとコードキーボードを組み合わせたウェアラブルデバイスとは異なるアプローチを提示した。このシステムは、改造したHP 95LXパームトップコンピュータとハーフQWERTY配列の片手用キーボードから構成されていた。キーボードとディスプレイモジュールをオペレーターの前腕に装着することで、両手首を合わせてタイピングすることでテキストを入力できた。^{[ 30 ]} IBMの研究者たちは、同じ技術を使ってハーフキーボードの「ベルトコンピュータ」を開発した。^{[ 31 ]}また1994年には、ゼロックス・ユーロパークのミック・ラミングとマイク・フリンが、人やデバイスとのやり取りを記録し、後で照会できるようにデータベースに情報を保存するウェアラブルデバイス「Forget-Me-Not」を実演した。^{[ 32 ]}部屋の無線送信機や周辺機器と通信して、誰がそこにいたか、電話で誰と話していたか、部屋にどんな物があったかを記憶し、「マークと電話している間に誰が私のオフィスに来たか」といった照会を可能にした。トロントのシステムと同様に、Forget-Me-Notもヘッドマウントディスプレイに基づいていなかった。

また、1994年にDARPAはスマートモジュールプログラムを開始し、軍事用と商業用の両方で使用できるコンピュータ、無線機、ナビゲーションシステム、ヒューマンコンピュータインターフェースなど、さまざまな製品を製造することを目標に、ウェアラブルおよび携帯型コンピュータへのモジュール式ヒューマノミクスアプローチを開発しました。1996年7月、DARPAは「2005年のウェアラブル」ワークショップを開催し、産業界、大学、軍の先見の明のある人々が集まり、個人にコンピューティングを提供するという共通のテーマに取り組みました。^{[ 33 ]} 1996年8月にはボーイングがフォローアップ会議を開催し、ウェアラブルコンピューティングに関する新しい学術会議を作成する計画が最終決定されました。1997年10月、カーネギーメロン大学、MIT、ジョージア工科大学は、マサチューセッツ州ケンブリッジでIEEE国際ウェアラブルコンピュータシンポジウム（ISWC）を共催しました。このシンポジウムは、センサーや新しいハードウェアからウェアラブルコンピュータの新しいアプリケーションまで、さまざまな内容の論文や議事録が出版された本格的な学術会議で、382人が参加登録しました。1998年、マイクロエレクトロニクス・アンド・コンピュータ・テクノロジー・コーポレーションは、米国の産業企業がウェアラブルコンピュータを迅速に開発するためのウェアラブルエレクトロニクス・コンソーシアム・プログラムを作成しました。^{[ 34 ]}このプログラムは、マイクロ電気機械システム（MEMS）と他のシステムコンポーネントの継続的な開発と統合を取り巻く技術、インフラストラクチャ、およびビジネス上の課題を調査するMCC異種コンポーネント統合研究に先行するものでした。

1998年、スティーブ・マンは世界初のスマートウォッチを発明し、製作した。それは2000年にLinux Journalの表紙を飾り、ISSCC 2000でデモンストレーションされた。^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

ブルース・H・トーマス博士とウェイン・ピエカルスキー博士は、拡張現実をサポートするウェアラブルコンピュータシステム「Tinmith」を開発しました。この研究成果は、2000年にISWC会議で初めて国際的に発表されました。研究は、南オーストラリア大学のウェアラブルコンピュータ研究所で行われました。

2002年、ケビン・ワーウィックのプロジェクト・サイボーグの一環として、ワーウィックの妻イレーナは、埋め込まれた電極アレイを介してワーウィックの神経系に電子的に接続されたネックレスを着用した。ネックレスの色は、ワーウィックの神経系の信号に応じて赤と青の間で変化した。^{[ 38 ]}

また、2002年には、Xybernaut社はXybernaut Poma Wearable PC（略称Poma）と呼ばれるウェアラブルコンピュータを発売しました。PomaはPersonal Media Applianceの略です。このプロジェクトはいくつかの理由で失敗しましたが、主な理由は機器が高価でかさばったことでした。ユーザーは、頭部に装着する光学部品、衣服にクリップで留めることができるCPU、およびユーザーの腕に取り付けるミニキーボードを装着することになります。^{[ 39 ]}

GoProは最初の製品であるGoPro HERO 35mmを発売し、ウェアラブルカメラという人気シリーズの幕開けを飾りました。このカメラは頭の上や手首に装着でき、耐衝撃性と防水性を備えています。GoProカメラは多くのアスリートやエクストリームスポーツ愛好家に愛用されており、この傾向は2010年代初頭に顕著になりました。

2000年代後半、中国の様々な企業が腕時計型の携帯電話の製造を開始し、2013年時点での後継機種としては、1.8インチディスプレイを搭載したGSM携帯電話であるi5とi6、そしてAndroid腕時計型携帯電話であるZGPAX s5 などが挙げられる。

IEEE、IETF、およびいくつかの業界団体（Bluetoothなど）による標準化により、 WPAN（無線パーソナルエリアネットワーク）におけるインターフェースの多様性が高まりました。また、WBAN（無線ボディエリアネットワーク）では、インターフェースとネットワーク設計の新しい分類が提供されるようになりました。 2010年9月に発売された第6世代iPod Nanoには、ウェアラブル腕時計型コンピュータに変換できるリストバンドアタッチメントが用意されています。

ウェアラブルコンピューティングの開発は、リハビリテーション工学、外来介入治療、ライフガードシステム、防衛用ウェアラブルシステムなど、幅広い分野に広がった。

ソニーは、Androidスマートフォンとペアリングする必要のある「Sony SmartWatch」という腕時計を製造した。ペアリングすると、追加のリモートディスプレイおよび通知ツールとして機能した。 ^{[ 40 ]}

Fitbitは、複数のウェアラブルフィットネストラッカーと、AndroidおよびiOSに対応したフル機能のスマートウォッチであるFitbit Surgeを発売した。

2012年4月11日、Pebbleは最初のスマートウォッチモデルのために10万ドルを調達するKickstarterキャンペーンを開始しました。キャンペーンは5月18日に終了し、目標額の100倍以上となる10,266,844ドルが集まりました。^{[ 41 ]} PebbleはPebble TimeやPebble Roundなど、いくつかのスマートウォッチを発売しました。

Google Glassは、 2013年に光学式ヘッドマウントディスプレイ（OHMD）をテストユーザーグループに公開し、2014年5月15日に一般公開されました。^{[ 42 ]} Googleのミッションは、スマートフォンのようなハンズフリー形式で情報を表示し、自然言語音声コマンドでインターネットとやり取りできる、マスマーケット向けのユビキタスコンピュータを製造することでした。 ^{[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]} Google Glassは、プライバシーと安全性の懸念から批判を受けました。2015年1月15日、GoogleはGoogle Glassのプロトタイプの製造を中止するが、製品の開発は継続すると発表しました。Googleによると、Project Glassはプロジェクトの実験段階であるGoogle Xから「卒業」する準備ができていたとのことです。 ^{[ 46 ]}

2014年に発売されたヘッドセット「Thync」は、スマートフォンアプリへの入力に基づいて、軽い電気パルスで脳を刺激し、装着者に活力を与えたり、落ち着かせたりするウェアラブルデバイスです。このデバイスは、粘着テープでこめかみと首の後ろに装着します。^{[ 47 ]}

Macrotellectは2014年に、携帯型脳波（EEG）センシングデバイスであるBrainLink ProとBrainLink Liteを発売しました。これにより、家族や瞑想の生徒が、AppleおよびAndroidアプリストアで20種類以上の脳機能向上アプリを利用して、メンタルフィットネスとストレス解消を高めることができます。^{[ 48 ]}

2015年1月、インテルは、同社のインテル・クォーク・プラットフォームをベースにしたウェアラブル・アプリケーション向けの超小型チップ「インテル・キュリー」を発表した。ボタンほどの大きさで、6軸加速度計、DSPセンサーハブ、Bluetooth LEユニット、バッテリー充電コントローラーを搭載している。^{[ 49 ]}出荷は同年後半に予定されていた。

2015年4月24日、AppleはApple Watchとして知られるスマートウォッチを発売した。Apple Watchはタッチスクリーン、多数のアプリケーション、心拍センサーを備えている。^{[ 50 ]} Apple Watchは後に世界で最も人気のある腕時計となった。^{[ 51 ]}

一部の仮想現実システムでは、必要な計算能力を維持しながら自由な動きを可能にするため、ヘッドセットに加えてコンピューターを収納したバックパックをユーザーが装着する必要がある。

2023年6月5日、AppleはVision Proを発表した。これはコンピューターを内蔵したARヘッドセットで、前面にスクリーンがあり、装着者の顔を他の人が見ることができる。^{[ 52 ]}

ウェアラブルコンピュータの継続的な変化に伴い、技術は進歩してきました。ウェアラブル技術はヘルスケア分野でますます活用されています。例えば、携帯型センサーは、糖尿病患者が運動関連データを追跡するのに役立つ医療機器として使用されています。 ^{[ 63 ]}ウェアラブル技術を新しいトレンドと考える人も多いですが、企業は数十年にわたりウェアラブル技術の開発や設計に取り組んできました。最近では、着用者の日常生活における効率性の向上を優先する新しいタイプの技術に注目が集まっています。

• ユーザーが自分の作業内容を確認できるディスプレイ。
• ユーザーがアプリケーションを実行したり、インターネットにアクセスしたりできるコンピュータ
• ユーザーが機械を制御できるようにするコマンド。

ウェアラブル技術には、データセキュリティ、信頼性の問題、規制や倫理の問題など、多くの課題が伴います。2010 年以降、ウェアラブル技術は主にフィットネスに焦点を当てた技術として見られるようになりました。^{[ 64 ]}これらは、医療やその他の多くの職業の業務を改善する可能性を秘めて使用されています。ウェアラブルデバイスの増加に伴い、特に健康機器に関しては、プライバシーとセキュリティの問題が非常に重要になる可能性があります。また、FDA はウェアラブルデバイスを「一般的な健康製品」とみなしています。米国では、ウェアラブルデバイスは連邦法の対象外ですが、保護対象医療情報 (PHI) などの規制法は、公民権局 (OCR) が扱う規制の対象となっています。センサーを備えたデバイスは、企業が公衆を保護するためにより警戒する必要があるため、セキュリティ上の問題を引き起こす可能性があります。同様に、国立標準技術研究所(NIST) は、NIST サイバーセキュリティフレームワークと呼ばれるコードを持っていますが、これは義務ではありません。^{[ 65 ]}

その結果、ウェアラブルデバイス、特に医療機器に関する具体的な規制がないことが、脅威やその他の脆弱性のリスクを高めています。例えば、Google Glassはウェアラブルコンピュータ技術で重大なプライバシーリスクを引き起こしました。議会は、Google Glassを使用する消費者と、彼らがデータをどのように使用するかに関連するプライバシーリスクを調査しました。この製品は、製品のユーザーだけでなく、特にユーザーが気づかないうちに周囲の人々を追跡するために使用できます。それにもかかわらず、Google Glassで取得されたすべてのデータはGoogleのクラウドサーバーに保存され、Googleがデータにアクセスできるようになりました。また、ストーカーや嫌がらせをする人が、捕まることを恐れることなくGlassを装着して女性の身体の侵入的な写真を撮影できるため、女性のセキュリティに関する疑問も提起されました。^{[ 66 ]}

スマートグラスなどのウェアラブルテクノロジーは、文化的および社会的な問題を引き起こす可能性もあります。ウェアラブルテクノロジーは利便性を向上させる一方で、Bluetooth ヘッドホンなどの一部のデバイスは、対人交流よりもテクノロジーへの依存度を高める可能性があります。^{[ 67 ]}社会はこれらのテクノロジーを高級アクセサリーとみなしており、グループ内で同様の製品を所有するように同調圧力がかかる可能性があります。これらの製品は、社会的および道徳的規律の課題を引き起こします。たとえば、スマートウォッチを身に着けることは、女性らしさが非専門的と見なされる可能性のある男性優位の分野の基準に適合する方法になる可能性があります。^{[ 68 ]}

この技術に対する需要は増加しているものの、最大の課題の一つは価格である。例えば、2023年3月現在、Apple Watchの価格は249ドルから1,749ドルまでで、一般消費者にとっては非常に高額である。^{[ 69 ]}

拡張現実（AR）は、新世代のディスプレイを可能にする。仮想現実（VR）とは異なり、ユーザーは仮想世界に存在するのではなく、情報が現実世界に重ねて表示される。

これらのディスプレイは、Vufine+ のように簡単に持ち運べるものもあります。^{[ 70 ] [ 71 ]} Hololens 2のようにかなり大型のものもあります。^{[ 72 ]} Oculus Quest 2 ^{[ 73 ]}など、一部のヘッドセットは自律型です。コンピューターとは対照的に、これらは端末モジュールのようなものです。

シングルボードコンピュータ（SBC）は、性能が向上し、価格も下がってきています。Raspberry Pi ZeroやPi 4のように安価なものもあれば、HackboardやLattePandaのように高価ではあるものの、通常のPCに近いものもあります。

今後の研究の主要な領域の一つは、制御方法である可能性がある。今日、コンピュータは一般的にキーボードとマウスで制御されているが、将来的に変化する可能性がある。例えば、キーボードの1分あたりの単語数は、BEPOレイアウトによって統計的に向上する可能性がある。^{[ 74 ]}人間工学は、分割キーボードやミニマリストキーボード（1つのキーで複数の文字や記号を使用する）によって結果を変える可能性もある。極端な例としては、非常に少ないキーを使用し、1つの文字に対して複数のキーを同時に押すPloverキーボードやstenoキーボードが挙げられる。

さらに、ポインターは基本的なマウスからアクセラレーターポインターへと改良できるだろう。

ジェスチャー制御システムは、画像制御（Leap Motionカメラ）から統合キャプチャ（Zack FreedmanによるプロトタイプAIデータグローブ^{[ 75 ]}など）へと進化している。一部の人にとっては、人間工学に基づいたコントローラーで制御されるARシステムと統合されたコンピューターを構築することが主なアイデアかもしれない。これにより、携帯電話のように持ち運びやすく、コンピューターのように効率的で、さらに人間工学に基づいたコントローラーを備えた汎用マシンが実現するだろう。