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ウェアラブル技術とは、身に着けて使用するように設計された技術のことです。ウェアラブル技術の一般的なタイプには、スマートウォッチやスマートグラスがあります。ウェアラブル電子デバイスは、多くの場合、皮膚の近くまたは皮膚の表面に取り付けられ、バイタルサインや環境データなどの情報を検出、分析、送信し、場合によっては着用者への即時のバイオフィードバックを可能にします。[1] [2] [3]
アクティビティトラッカーなどのウェアラブルデバイスは、モノのインターネットの一例です。電子機器、ソフトウェア、センサー、接続性などの「モノ」は、人間の介入を必要とせずに、オブジェクトがインターネットを介してメーカー、オペレーター、および/または他の接続されたデバイスとデータ（データ品質[4]を含む）を交換できるようにするエフェクターです。ウェアラブルテクノロジーは、通信やエンターテイメントから健康とフィットネスの改善まで、幅広い用途が可能ですが、ウェアラブルデバイスは個人データを収集する機能があるため、プライバシーとセキュリティに関する懸念があります。
ウェアラブル技術にはさまざまな使用例があり、技術が開発され市場が拡大するにつれて、その使用例も増えています。ウェアラブルは消費者向け電子機器で人気があり、最も一般的にはスマートウォッチ、スマートリング、インプラントのフォームファクターで使用されています。商業用途以外にも、ウェアラブル技術はナビゲーションシステム、高度な繊維（ eテキスタイル）、ヘルスケアにも取り入れられています。ウェアラブル技術は他の技術と同様に重要な用途での使用が提案されているため、信頼性とセキュリティ特性が検証されています。[5]
歴史
1500年代、ドイツの発明家ピーター・ヘンライン（1485-1542）は、ネックレスとして着用できる小さな時計を発明しました。1世紀後、男性の間でベストが流行するにつれて、懐中時計の人気が高まりました。腕時計は1600年代後半に作られましたが、主に女性がブレスレットとして着用しました。[6]
1800年代後半に、最初のウェアラブル補聴器が導入されました。[7]
1904年、飛行士アルベルト・サントス・デュモンが腕時計の現代的な用途を開拓した。[6]
1970 年代には計算機付き腕時計が登場し、1980 年代に人気がピークに達しました。
2000年代初頭から、ウェアラブルカメラは拡大する監視運動の一環として使われてきました。[8]ウェアラブル技術に対する期待、操作、使用法、懸念は、第1回ウェアラブルコンピューティング国際会議で取り上げられました。[9] 2008年、イリヤ・フリドマンは、隠しBluetoothマイクをイヤリングに組み込みました。[10] [11]
2010年、Fitbitは初の歩数計をリリースしました。[12]歩行や心拍数などの情報を追跡するウェアラブル技術は、定量化された自己運動の一部です。
2013年、NFCリングとしても知られるマクリアーは、初めて広く普及した先進的なウェアラブルデバイスをリリースしました。このスマートリングは、ビットコインでの支払い、他のデバイスのロック解除、個人識別情報の転送などの機能を備えています。[13]マクリアーは、2012年に出願されたすべてのスマートリングをカバーする最も古い特許を所有しており、ワシントン州シアトルのジョー・プレンシペが唯一の発明者です。[14]
2013年に最初に広く普及したスマートウォッチの一つはサムスンのGalaxy Gearでした。Appleは2015年にApple Watchを発売しました。[15]
プロトタイプ
1991年から1997年にかけて、MITメディアラボのロザリンド・ピカードと彼女の学生であるスティーブ・マン、ジェニファー・ヒーリーは、着用者の継続的な生理学的データを監視する「スマート衣服」からデータ収集と意思決定を設計、構築、実証しました。これらの「スマート衣服」、「スマート下着」、「スマート靴」、およびスマートジュエリーは、感情状態に関連するデータを収集し、カメラやその他のデバイスなどの生理学的センサーと環境センサーを内蔵または制御しました。[16] [17] [8] [18]
同じ頃、MITメディアラボでは、サド・スターナーとアレックス・「サンディ」・ペントランドが拡張現実を開発していた。1997年、彼らのスマートグラスのプロトタイプが60 Minutesで紹介され、高速ウェブ検索とインスタントメッセージングが可能になった。[19] プロトタイプのグラスは現代のスマートグラスとほぼ同じくらい合理化されていたが、プロセッサはバックパックに装着するコンピューターで、当時入手可能な最も軽量なソリューションだった。
2009年、ソニー・エリクソンはロンドン・カレッジ・オブ・ファッションと提携し、デジタル衣料品のデザインコンテストを開催した。優勝したのは、Bluetooth技術を搭載し、着信時に光るカクテルドレスだった。[20]
MakerBotで有名なZach "Hoeken" Smith氏は、ニューヨーク市のクリエイティブ集団の「ファッションハッキング」ワークショップでキーボードパンツを制作した。
アイルランドのティンダル国立研究所[21]は、患者センサーによって生成されたデータの品質と、エンドユーザーがその技術をどのように採用するかを評価するために使用された「遠隔非侵入型患者モニタリング」プラットフォームを開発した。[22]
さらに最近では、ロンドンを拠点とするファッション会社CuteCircuitが、歌手ケイティ・ペリーのためにLED照明付きの衣装を制作し、ステージショー中とレッドカーペットでの登場時に衣装の色が変わるようにした。例えば、ケイティ・ペリーが2010年にニューヨークのMETガラで着用したドレスなどである。[23] CuteCircuitは2012年に、歌手ニコール・シャージンガーが着用した世界初のツイート付きドレスを制作した。[24]
2010年、NFCリングとしても知られるマクリアーは、世界初の先進的なウェアラブルデバイスのプロトタイプを開発し、2013年にKickstarterで資金調達を行った。[13]
2014年、ニューヨークのティッシュ芸術学校の大学院生たちは、ジェスチャーの動きに応じて事前にプログラムされたテキストメッセージを送信するパーカーをデザインしました。 [25]
同じ頃、ヘッドアップディスプレイ（HUD）を備えたデジタルアイウェアのプロトタイプが登場し始めました。[26]
米軍はホログラフィック光学と呼ばれる技術を使用したディスプレイ付きヘッドギアを兵士に採用している。[26]
2010年にGoogleは光学式ヘッドマウントディスプレイGoogle Glassのプロトタイプ[27]の開発を開始し、2013年3月に顧客向けベータ版をリリースしました。
使用法
消費者向け分野では、スマートリストバンド（Jawbone UPやFitbit Flexなどのアクティビティトラッカー）の販売が2013年に加速し始めました。2014年のPriceWaterhouseCoopers Wearable Future Reportによると、アメリカ人の成人の5人に1人がウェアラブルデバイスを所有しています。[28] 2009年の時点では、処理能力やその他のコンポーネントのコストが低下したため、幅広い採用と入手が促進されていました。[29]
プロスポーツでは、ウェアラブル技術はアスリートのモニタリングやリアルタイムフィードバックに応用されています。[29]スポーツにおけるウェアラブル技術の例としては、加速度計、歩数計、GPSなどがあり、アスリートのエネルギー消費量や運動パターンを測定するために使用できます。[30]
サイバーセキュリティと金融テクノロジーの分野では、安全なウェアラブルデバイスが物理的なセキュリティキー市場の一部を占めています。NFCリングとしても知られるMcLearとVivoKeyは、ワンタイムパスの安全なアクセス制御を備えた製品を開発しました。[31]
健康情報学では、ウェアラブルデバイスによって人間の健康統計をより適切に取得し、データ駆動型分析を行うことができるようになりました。これにより、データ駆動型機械学習アルゴリズムを使用してユーザーの健康状態を分析することが可能になりました。[32]健康分野への応用については。
ビジネスにおいて、ウェアラブル技術は、従業員の位置と現在の作業内容を把握することで、管理者が従業員の監督を容易にするのに役立ちます。倉庫で働く従業員は、化学物質の周りで作業したり、何かを持ち上げたりする際の安全性も向上します。スマートヘルメットは、従業員の安全を守るウェアラブルデバイスで、振動センサーが備わっており、従業員の周囲に起こり得る危険を警告することができます。[33]
ウェアラブル技術と健康
ウェアラブル技術は、ユーザーの健康状態を監視するためによく使用されます。このようなデバイスはユーザーと密接に接触するため、簡単にデータを収集できます。1980年に最初のワイヤレスECGが発明されたところから始まりました。過去数十年間で、繊維ベース、タトゥー、パッチ、コンタクトレンズなどの研究が大幅に増加しました[34] 。また、「定量化された自己」の概念の普及、トランスヒューマニズム関連の考え方、寿命延長研究の成長もありました。
ウェアラブルデバイスは、ユーザーの健康に関する次のようなデータを収集するために使用できます。[追加の引用が必要]
- 心拍数[35]
- 消費カロリー
- 歩いた歩数
- 血圧
- 特定の生化学物質の放出
- 運動に費やした時間
- 発作
- 身体的負担[36] [より良い情報源が必要]
- 体組成と水分レベル[37]
これらの機能は、アクティビティ トラッカーや、Apple Watch Series 2やSamsung Galaxy Gear Sport などのスマートウォッチのように、1 つのユニットにまとめられていることがよくあります。このようなデバイスは、身体トレーニングや全体的な身体の健康状態のモニタリング、発作などの深刻な病状の警告に使用されます (例: Empatica Embrace2)。
医療用途
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バーチャルリアリティ（VR）はもともとゲーム用に開発されたものですが、リハビリにも使用できます。バーチャルリアリティヘッドセットを患者に渡し、ゲーム形式で一連のタスクを完了するように指示します。これは従来の治療法に比べて大きな利点があります。1つは、より制御性が高いことです。操作者は、PTSDの場合のように、恐怖を克服するのに役立つ可能性のある領域を含め、環境を好きなように変更できます。もう1つの利点は価格です。平均して、従来の治療法は1時間あたり数百ドルですが、VRヘッドセットは数百ドルで、必要なときにいつでも使用できます。パーキンソン病などの神経疾患の患者では、複数の異なるスキルを同時に利用できるゲーム形式の治療法により、脳の複数の異なる部分を同時に刺激できます。[38]理学療法におけるVRの使用は、研究が不十分なため、まだ限られています。一部の研究では、集中的なタスクを実行しているときに乗り物酔いが発生することが指摘されており、[39]これは患者の進歩に悪影響を及ぼす可能性があります。批判者たちはまた、VRに全面的に依存すると自己孤立につながり、テクノロジーに過度に依存するようになり、患者が友人や家族と交流できなくなる可能性があると指摘している。VRソフトウェアが効果を発揮するには患者のデータと情報が必要であり、23andMeのケースのように、データ漏洩の際にこの情報が漏洩する可能性があるため、プライバシーと安全性に関する懸念もある。適切な医療専門家の不足と回復プロジェクトに伴うより長い学習曲線が相まって、患者が間違いに気付かず、回復が予想よりも長くなる可能性がある。[40]コストとアクセシビリティの問題も別の問題である。VRヘッドセットは従来の理学療法よりも大幅に安価であるが、多くのアドオンが価格を引き上げ、多くの人にとってアクセスできなくなる可能性がある。[41]ベースモデルはハイエンドモデルに比べて効果が低い可能性があり、これが情報格差につながる可能性がある。全体として、VRヘルスケアソリューションは従来の治療法の競合となることを意図したものではなく、研究によると、理学療法と組み合わせるとより効果的であることが示されている。[42] VRリハビリテーションの研究は、触覚開発に関する新たな研究とともに拡大し続けており、これによりユーザーは環境を感じ、手足を回復計画に組み込むことができるようになる。さらに、より洗練されたVRシステムが開発されている[43]これにより、ユーザーは回復のために全身を使うことができます。また、医療専門家が筋肉の働きや緊張に関するデータを収集できる高度なセンサーも搭載されています。筋肉の使用状況を確認するために、非侵襲性画像診断法の一種である 電気インピーダンス断層撮影法を使用します。
もうひとつの懸念は、大企業や政府によるこの分野への大規模な資金提供が不足していることである。[44]これらのVRセットの多くは既製品であり、医療用に適切に製造されていない。外部のアドオンは通常、3Dプリントされるか、他の電子機器のスペアパーツから作られる。このサポート不足は、この方法を試したい患者が技術的に精通している必要があることを意味するが、多くの病気は後年になって初めて現れるため、それはありそうにない。さらに、触覚フィードバックやトラッキングなどのVRの特定の部分は、医療現場で確実に使用できるほど十分に進歩していない。もうひとつの問題は、購入可能なVRデバイスの量である。これにより利用可能なオプションは増えるが、VRシステム間の違いが患者の回復に影響を与える可能性がある。また、VRデバイスの数が膨大であるため、医療専門家が情報を提供したり解釈したりすることが難しく、特定のモデルに慣れていない可能性があり、誤ったアドバイスが与えられる可能性がある。[要出典]
アプリケーション
現在、ヘルスケア分野における次のような他のアプリケーションも検討されています。
- グルコース[45] 、 [ 46] [47]、アルコール、乳酸[45]、または血中酸素、呼吸モニタリング、心拍、心拍数とその変動、筋電図（EMG）、心電図（ECG）、脳波（EEG）、体温、圧力（靴の中など）、発汗量または発汗損失、尿酸値およびイオン濃度のモニタリング（疲労や怪我の予防、トレーニングパターンの最適化など）[35] 、 「人間統合エレクトロニクス」経由を含むアプリケーション[46]
- 気分、ストレス、健康の変化を予測する[48]
- 血中アルコール濃度の測定[49]
- 運動能力の測定[50]
- ユーザーの病気の状態を監視する[51]
- 感染の初期兆候の検出[52]
- 心電図を記録し、自己湿潤する、心臓および循環器疾患患者の長期モニタリング
- 健康リスク評価アプリケーション（虚弱性や加齢に伴う疾患のリスクの測定を含む）[53]
- ケア活動の自動文書化[要出典]
- ウェアラブル生体接着性伸縮性高解像度超音波画像パッチ[54]またはウェアラブル連続心臓超音波画像装置[ 55] [56]（潜在的な新しい診断およびモニタリングツール）による数日間にわたるさまざまな臓器の連続画像化
- 睡眠追跡[57]
- ストレスを測定するためのコルチゾールモニタリング[58] [59]
- リラクゼーションや覚醒度の測定[60] [61] [62] [63]例えば、調節を調整したり、調節技術の有効性を測定したりする
提案されたアプリケーション
機能的なウェアラブル プロトタイプのないアプリケーションも含め、提案されているアプリケーションには次のものがあります。
- UFOの目撃、異常な生理学的影響、エイリアンの誘拐/接触/目撃現象の「体験者」または「接触者」[64]のストレスレベルや心拍数などの生理学的変化を追跡する。これには「体験者グループの研究」[65] [より良い情報源が必要]も含まれる。
- 病原体の検出および有害物質の検出[66] [67]
- 睡眠キャップによる睡眠の改善[68]
COVID-19への応用
COVID-19の診断を支援するために、さまざまなウェアラブル技術が開発されています。酸素レベル、抗体検出、血圧、心拍数などがこれらのデバイス内の小さなセンサーによって監視されます。[69] [70]
COVID-19の症状を検知するウェアラブルデバイス
- スマートレンズ
- 歯に装着するセンサー
- フェイスマスク
- スマートテキスタイル
- 電子表皮タトゥー
- マイクロニードルパッチ
- リストバンド
- スマートリング
- スマートウォッチ[69]
スマートウォッチ
Apple WatchやFitbitなどのウェアラブル技術は、COVID-19の症状を診断するために使用されている可能性があります。デバイス内のモニターは、心拍数、血圧、酸素レベルなどを検出するように設計されています。[70]ウェアラブルデバイスの診断機能は、人体内の異常をより簡単に検出する方法を提案しています。
COVID-19に対するウェアラブル技術の推定および予測技術には、他の病気とCOVID-19を区別できないため、いくつかの欠陥があります。血圧、心拍数などの上昇や酸素レベルの変動は、風邪から呼吸器疾患に至るまで、他の病気に起因する可能性があります。[70]これらの病気を区別できないため、「患者に不必要なストレスを与え、健康のためのウェアラブルの実装に対する懸念が高まっています。」[70]
スマートマスク
時計などのウェアラブルデバイスに加えて、専門家はCOVID-19パンデミック中に個人が使用できるようにセンサーを内蔵したフェイスマスクを設計しました。[71]内蔵センサーは、「呼吸のパターンと速度、炎症のバイオマーカー、空気中の病原体の潜在的な検出」など、呼気の特性を検出するように設計されました。[71]
スマートマスクには「呼気中のSARS-CoV-2プロテアーゼの存在を監視するセンサーが搭載されている」 [72] 。マスクにはブリスターパックが入っており、破れると化学反応が起こる。化学反応の結果、人の呼吸からウイルスが検出されるとセンサーが青色に変わる。[72]
しかし、センサーから正しい結果を得るために必要なプロテアーゼの量に問題が生じます。個人の息には、細胞が死んだ後にのみプロテアーゼが含まれます。その後、唾液などの体液や呼吸を通じて体外に排出されます。プロテアーゼが少なすぎると、マスクはプロテアーゼを検出できず、誤った結果を引き起こす可能性があります。[72]
スマートレンズ
スマートレンズは眼圧を記録するために開発されました。[69]レンズは眼球に適合し、血糖値、眼球運動、および特定の疾患の特定のバイオマーカーを監視するセンサーを備えています。レンズには、データ収集を担当するマイクロエレクトロニクスと処理ユニットが組み込まれています。技術革新により、スマートレンズは「着用者が見ているものに情報を重ね合わせるディスプレイを組み込む」可能性があります。[73]
スマートテキスタイル
スマートテキスタイルは、皮膚温度と代謝産物をモニターするために開発されました。[69]これらのテキスタイルには、3つの基本部分で構成されるセンサーが含まれています。「基板、アクティブ要素、電極/相互接続」です。[74]スマートテキスタイルは、個人が体の異常を診断する方法を提供することができますが、使用には多くの課題があります。患者と病院への経済的負担、および購入と維持のコストの高さは、スマートテキスタイルの適用の妨げになります。これらのセンサーの開発には、「適切な基板、生体適合性材料、製造技術の選択、さまざまな分析の即時モニタリング、洗濯可能、中断のない信号表示回路」など、多くの課題もあります。[74]
スマートリング
血圧をモニターするためのスマートリングが開発されている。[69]
マイクロニードルパッチ
マイクロニードルパッチは、代謝物、炎症マーカー、薬物などをモニタリングするために開発されました。[69]また、さまざまな理由から非常に有利です。「免疫原性の向上、用量節約効果、製造コストの低さ...使いやすさ...従来の皮下注射に比べて受容性が高い」[75]マイクロニードルパッチの導入により、ワクチン接種プロセスが迅速化され、より適用性、効率性、費用対効果が高まります。[75]
現代の使用
健康的な生活を送るには、健康的な食事、十分な睡眠、週に数回の運動だけが必要なわけではありません。むしろ、いくつかのことだけをはるかに超えて、身体活動や健康的なライフスタイルに関連するさまざまな生理学的および生化学的部分と深く結びついています。過去数年間、「ウェアラブル テクノロジー」として知られるテクノロジー デバイスの出現により、身体活動の測定能力が向上し、一般ユーザーや心臓専門医などが生活の質に関連するパラメーターを分析できるようになりました。
ウェアラブル テクノロジーは、日中だけでなく夜間でもいつでも着用できるデバイスです。心拍やリズム、睡眠の質、[要出典] 1 日の総歩数などの特定の値を測定したり、心臓病、糖尿病、ガンなどの特定の病気を認識するのに役立ちます。[要出典]健康を改善し、特定の差し迫った病気から遠ざかる方法についてのアイデアを促進する可能性があります。これらのデバイスは、改善すべき点や人々がうまくやっている分野に関するフィードバックを毎日提供し、これがユーザーを動機付け、改善されたライフスタイルを継続するよう促します。
ウェアラブル技術は時間の経過とともに健康と身体活動市場に多大な影響を与えており、Pevnickら2018によると、「消費者向けウェアラブル技術市場は急速に成長しており、2020年までに340億ドルを超えると予想されています。」[76]これは、ウェアラブル技術セクターが健康と生活の質を向上させたいと考えるすべての人々の間でますます認められつつあることを示しています。
ウェアラブル技術には、腕時計、心臓に装着するパッド、腕に装着するデバイス、さらにはデバイスの受容体に触れるだけであらゆる量のデータを測定できるデバイスまで、さまざまな形態があります。多くの場合、ウェアラブル技術はアプリに接続されており、情報をすぐに中継して心臓専門医と分析および議論することができます。さらに、American Journal of Preventive Medicine によると、「ウェアラブルは身体活動を促進するための低コストで実現可能でアクセスしやすい方法である可能性があります」と述べています。[77]基本的に、これはウェアラブル技術がすべての人に有益であり、実際にはコストがかからないことを暗示しています。また、ウェアラブル技術が実際に他の人によって使用され、着用されているのを継続的に見ると、身体活動の考え方が促進され、より多くの人々が参加するように促されます。
ウェアラブル技術は、慢性疾患の発症や状況に応じた身体活動のモニタリングにも役立ちます。たとえば、アメリカ予防医学ジャーナルによると、「ウェアラブルは慢性疾患のさまざまな段階（手術前と手術後など）で使用でき、医療記録データにリンクして、活動頻度、強度、期間が疾患の経過やさまざまな治療法でどのように変化するかに関する詳細なデータを取得できます。」[77]ウェアラブル技術は、時間の経過とともにパフォーマンスがどのように変化するか、また食事、運動習慣、睡眠パターンのさまざまな変化によってパフォーマンスがどのように変化するかという点で、データを追跡および分析するのに役立ちます。また、ウェアラブル技術は手術前後の結果の測定に役立つだけでなく、がんや心臓病などの慢性疾患からのリハビリ中の人の結果の測定にも役立ちます。
ウェアラブル テクノロジーは、健康に対する見方や、健康の背後にある科学を実際に解釈する方法に、新しい改善された方法を生み出す可能性を秘めています。ウェアラブル テクノロジーは、医療のレベルをさらに高める可能性があり、患者の診断、治療、リハビリテーションにすでに大きな影響を与えています。ただし、ウェアラブル テクノロジーを医療に適切に統合し、最大限に活用する方法については、引き続き広範な研究が必要です。さらに、ウェアラブル テクノロジーのメリットが享受されているにもかかわらず、ウェアラブル テクノロジーを重症の高リスク患者に移行させるには、まだ多くの研究を完了する必要があります。
データの意味を理解する
ウェアラブルデバイスは集約形式でデータを収集できますが、そのほとんどでは、このデータに基づいて分析したり結論を出したりする能力が限られているため、主に一般的な健康情報のために使用されます。
例外としては、発作警報ウェアラブル端末が挙げられます。これは、着用者のデータを継続的に分析し、助けを求めるかどうかを決定します。収集されたデータは、診断に役立つ客観的な証拠を医師に提供できます。[要出典]
ウェアラブルは個人差を考慮することができますが、そのほとんどはデータを収集し、画一的なアルゴリズムを適用するだけです。ウェアラブルのソフトウェアはデータを直接分析するか、スマートフォンなどの近くのデバイスにデータを送信して、データを処理、表示、または分析に使用します。分析と実際の意味付けには、機械学習アルゴリズムも使用できます。[56]
監視での使用
今日、ウェアラブルデバイスを個人の自己追跡だけでなく、企業の健康・ウェルネスプログラムにも利用することへの関心が高まっています。ウェアラブルデバイスは、雇用主が健康以外の目的に再利用できる膨大なデータ痕跡を残すため、労働者の監視に使用することを含め、ウェアラブルデバイスのプライバシーとセキュリティ関連の問題を研究する研究がますます増えています。[78] [追加の引用が必要] アシャ・ペタ・トンプソンは、歩兵の電子ユニフォームに使用できる織りパワーバンクと回路を作成するインテリジェント・テキスタイルズを設立しました。[79]
フォームファクタ別
ウェアラブル技術は、複数の異なるフォームファクタで存在する可能性があります。人気のスマートウォッチには、Samsung Galaxy WatchやApple Watch などがあります。人気のスマートリングは McLear Ring です。人気のインプラントはDangerous Things NExT RFID + NFC Chip Implantですが、これは着用されるのではなく埋め込まれます。[説明が必要] [引用が必要]
頭部装着型
メガネ（スマートグラスを含むが、これに限らない）は、頭部に装着するウェアラブル テクノロジーです。
ヘッドギア
ヘッドキャップは、例えばEEG を測定するために頭部に装着されます。ある研究では、EEG ヘッドギアは神経強化に使用できることが示されており、「視覚フリッカーパラダイムを使用して個人を自身の脳のリズム (つまりピークアルファ周波数) に同調させる」と結論付けられ、視覚学習の知覚が大幅に高速化し、トレーニングの翌日も維持されるとのことです。[80] [81]ウェアラブル技術の使用を含むさまざまなアプローチで、 さまざまな形態の神経刺激に関する研究が行われています。
もう一つの応用としては、明晰夢の誘発をサポートすることが考えられるが[82] [83] [84] [85]、「有効性を証明するには、より適切に管理された検証研究が必要である」[85] 。
表皮エレクトロニクス（皮膚に付着）
表皮エレクトロニクスはウェアラブル技術の新興分野であり、その特性と動作が表皮、つまり皮膚の最外層に匹敵することからそう呼ばれています。[86] [87] [88]これらのウェアラブルは皮膚に直接装着され、真皮と皮下の両方の生理学的および代謝プロセスを継続的に監視します。[88]ワイヤレス機能は通常、バッテリー、Bluetooth、またはNFCを介して実現されるため、これらのデバイスはウェアラブル技術の一種として便利で持ち運びに便利です。[89]現在、表皮エレクトロニクスはフィットネスと医療モニタリングの分野で開発されています。
表皮技術の現在の用途は、既存の製造プロセスによって制限されています。現在の応用は、リソグラフィーやキャリア基板に直接印刷してから体に直接貼り付けるなど、さまざまな高度な製造技術に依存しています。表皮エレクトロニクスを皮膚に直接印刷する研究は、現在唯一の研究ソースとして利用可能です。[90]
表皮エレクトロニクスの重要性は、その機械的特性が皮膚に似ていることです。皮膚は、ヤング率 ( E ) が 2～80 kPa で厚さ 0.3～3 mm の表皮と、Eが 140～600 kPa で厚さ 0.05～1.5 mm の真皮からなる二重層としてモデル化できます。この二重層は、30% 以上の引張ひずみに可塑的に反応し、それ以下では皮膚の表面が伸びてシワになりますが、変形しません。[86]表皮エレクトロニクスの特性は皮膚の特性を反映しており、同じように機能します。皮膚と同様に、表皮エレクトロニクスは超薄型 ( h < 100 μm)、低弾性率 ( E約 70 kPa)、軽量 (<10 mg/cm 2 ) であるため、ひずみをかけずに皮膚に適合できます。[89] [91]適合接触と適切な接着により、デバイスは剥離、変形、故障することなく曲げたり伸ばしたりすることができ、測定アーティファクト、ヒステリシス、皮膚への動きによる刺激など、従来のかさばるウェアラブルの課題を解消します。皮膚の形状をとるこの固有の能力により、表皮エレクトロニクスは皮膚の自然な動きや動作を変えることなく正確にデータを取得できます。[92]表皮エレクトロニクスの薄くて柔らかく柔軟なデザインは、皮膚にラミネートされた一時的なタトゥーに似ています。本質的に、これらのデバイスは着用者にとって「機械的に見えない」ものです。[86]
表皮電子デバイスは、ファンデルワールス力またはエラストマー基板を介して皮膚に接着する。ファンデルワールス力のみの場合、皮膚の厚さが 500 nm 未満の場合、表皮デバイスの単位面積あたりの熱質量は皮膚と同じ(150 mJ/cm 2 K)。ファンデルワールス力に加えて、 Eと厚さの低い値は、張力や圧縮による変形による剥離を防ぐため、接着力を最大化するのに効果的である。[86]エラストマー基板を導入すると接着力は向上するが、単位面積あたりの熱質量はわずかに増加する。[92]皮膚のような特性を生み出すために、フォトリソグラフィーでパターン化された蛇行金ナノフィルムやシリコンナノ膜のパターン化されたドーピングなど、いくつかの材料が研究されてきた。[87]
足に履いた
スマートシューズは、靴にスマート機能を組み込んだウェアラブル技術の一例です。スマートシューズは、スマートフォンのアプリケーションと連携して、標準的な履物ではできない作業をサポートすることがよくあります。その用途には、スマートフォンを振動させて、Googleマップで目的地に到着するためにいつどこに曲がるべきかをユーザーに知らせたり、靴ひもを自動で結んだりすることなどがあります。[93] [94] [95] [96] [97]
映画「バック・トゥ・ザ・フューチャー PART2」のナイキマグに似た自動靴ひも締めスニーカー技術もスマートシューズのもう一つの用途だ。2019年、ドイツの靴メーカー、プーマは、iPhoneからマイクロモーターを使ってフィット感を調整するレースレスシューズ「Fi」で、タイム誌の「2019年のベスト発明100」に選ばれた。[98]ナイキは2019年にアダプトBBというスマートシューズも発表した。このシューズには、カスタムモーターとギアを使ってフィット感を緩めたり締めたりするためのボタンが側面に付いており、スマートフォンで操作することもできた。[99]
現代のテクノロジー
2013年4月16日、Googleは2012年のGoogle I/Oカンファレンスでウェアラブルグラスを予約注文した「Glass Explorers」をデバイスを受け取るよう招待した。この日は、メガネとして装着するヘッドアップディスプレイを介してリッチテキストと通知を提供することを目的としたデバイスであるGoogle Glassの公式発表日であった。このデバイスには5MPカメラもあり、720pでビデオを録画した。[100]そのさまざまな機能は、「OK Glass」などの音声コマンドによって起動された。同社はまた、Google GlassのコンパニオンアプリであるMyGlassもリリースした。 [101]最初のサードパーティ製Google Glassアプリはニューヨークタイムズのもので、記事やニュースの要約を読み上げることができた。
しかし、2015年初頭、Googleはデザインと1,500ドルという価格に対する批判を受けて、Glassのベータ版「エクスプローラーエディション」の一般販売を中止した。[102]
光学式ヘッドマウントディスプレイ技術は依然としてニッチな分野ですが、スマートウォッチとアクティビティトラッカーという2種類のウェアラブルデバイスが人気を集めています。2012年にABIリサーチは、世界中の多くの市場でスマートフォンが広く普及していること、MEMSセンサーが広く入手可能で低コストであること、Bluetooth 4.0などのエネルギー効率の高い接続技術、アプリエコシステムの繁栄により、スマートウォッチの売上は2013年に120万ドルに達すると予測しました。[103]
クラウドファンディングに支えられた新興企業Pebble は、2013 年にKickstarterでキャンペーンを展開し、1,000 万ドル以上の資金を集めてスマートウォッチを刷新しました。2014 年末、Pebble は 100 万台のデバイスを販売したと発表しました。2015 年初頭、Pebble はクラウドファンディングの原点に立ち返り、2015 年 5 月に出荷を開始した次世代スマートウォッチ Pebble Time のためにさらに 2,000 万ドルを調達しました。[更新が必要]
クラウドファンディングで支援されている新興企業McLear は、2013 年にスマート リングを発明し、Kickstarterでキャンペーンを実施して30 万ドル以上の資金を集めました。McLear は、決済、ビットコイン決済、高度な安全なアクセス制御、定量化された自己データ収集、生体認証データ追跡、高齢者向け監視システムの導入において、ウェアラブル テクノロジーの先駆者でした。
2014年3月、モトローラは、スマートウォッチやその他のウェアラブル向けに特別に設計されたモバイルオペレーティングシステムAndroidの改良版であるAndroid Wearを搭載したMoto 360スマートウォッチを発表しました。 [104] [105]そして、1年以上の憶測の後、Appleは2014年9月に独自のスマートウォッチであるApple Watchを発表しました。
ウェアラブル技術は2014年のコンシューマーエレクトロニクスショーで人気の話題で、業界の評論家は同イベントを「ウェアラブル、家電、自動車、曲げられるテレビのショー」と名付けました。[106]展示された数多くのウェアラブル製品の中には、スマートウォッチ、アクティビティトラッカー、スマートジュエリー、ヘッドマウント光学ディスプレイ、イヤホンなどがありました。しかし、ウェアラブル技術は依然としてバッテリー容量の限界に悩まされています。[107]
ウェアラブル技術のもう一つの応用分野は、生活支援や高齢者介護のためのモニタリングシステムです。ウェアラブルセンサーはビッグデータを生成する大きな可能性を秘めており、バイオメディカルや生活支援に大いに応用できます。[108]このため、研究者はデータ収集から、統計分類やニューラルネットワークなどのデータマイニング技術を使用して、収集したデータから貴重な情報を収集できるインテリジェントアルゴリズムの開発に焦点を移しています。[109]
ウェアラブル技術は、人体から心拍数（ECGおよびHRV）、脳波（EEG）、筋肉生体信号（EMG）などの生体データを収集し、ヘルスケアとウェルネスの分野で貴重な情報を提供することもできます。[110]
人気が高まっているもう1つのウェアラブル技術は、仮想現実です。VRヘッドセットは、コンピューター、コンソール、モバイルデバイス用のさまざまなメーカーによって製造されています。最近、Googleはヘッドセット「Google Daydream」をリリースしました。[111]
ウェアラブル技術は、商業用途以外にも、さまざまな用途で研究開発されています。マサチューセッツ工科大学は、この分野の技術を開発・テストしている多くの研究機関の1つです。例えば、次世代ウェアラブルへの統合を目指して触覚技術[112]の改良研究が行われています。別のプロジェクトでは、ウェアラブル技術を使用して視覚障害者が周囲を移動できるように支援することに焦点を当てています。[113]
ウェアラブル技術が成長を続けるにつれ、他の分野にも拡大し始めています。ウェアラブルのヘルスケアへの統合は、さまざまな機関の研究開発の焦点となっています。ウェアラブルは進化を続け、デバイスの枠を超え、スマートファブリックなどの新しい領域を開拓しています。アプリケーションには、QRコードを織物に統合するなどの機能を実行するために生地を使用することが含まれます[114]、または運動中に空気の流れを増やすパフォーマンスアパレル[115]
エンターテインメント
ウェアラブルは、デジタルメディアを体験する新しい方法を生み出すことで、エンターテインメント分野に進出しました。仮想現実ヘッドセットと拡張現実メガネは、エンターテインメントにおけるウェアラブルの好例となっています。これらの仮想現実ヘッドセットと拡張現実メガネの影響は、初期の頃は主にゲーム業界で見られましたが、現在では医療や教育の分野でも使用されています。[116]
Oculus Rift、HTC Vive 、Google Daydream Viewなどの仮想現実ヘッドセットは、一人称体験をシミュレートするか、ユーザーの視野全体にメディアを表示することで、より没入感のあるメディア体験を生み出すことを目指しています。テレビ、映画、ビデオゲーム、教育シミュレーターは、これらのデバイスを働く専門家や消費者が使用するために開発されています。 2014年の博覧会で、AvegantのEd Tangは「スマートヘッドフォン」を発表しました。これらのヘッドフォンは、仮想網膜ディスプレイを使用してOculus Riftの体験を強化します。[117]一部の拡張現実デバイスは、ウェアラブルのカテゴリに分類されます。拡張現実メガネは現在、いくつかの企業によって開発されています。[118] Snap Inc.のSpectaclesは、ユーザーの視点からビデオを録画し、電話とペアリングしてSnapchatにビデオを投稿するサングラスです。[119]マイクロソフトもこのビジネスに参入し、2017年に拡張現実メガネHoloLensをリリースしました。このデバイスは、デジタルホログラフィー、つまりホログラムを使用して、ユーザーに拡張現実を直接体験させることを目指しています。[120]これらのウェアラブルヘッドセットは、軍事を含むさまざまな分野で使用されています。
ウェアラブル技術も、手首に装着する小さな技術から、全身に着用する衣類へと拡大している。シフトウェア社製の靴は、スマートフォンのアプリを使って靴のデザイン表示を定期的に変更する。[121]この靴は普通の生地を使ってデザインされているが、中央部分と背面にディスプレイがあり、そこに好きなデザインが表示される。アプリは2016年に公開され、靴のプロトタイプは2017年に作られた。[121]
この別の例として、Atari のヘッドフォン スピーカーが挙げられます。Atari と Audiowear は、スピーカーを内蔵したフェイス キャップを開発しています。このキャップは、つばの下側にスピーカーを内蔵し、Bluetooth 機能も備えます。[122] Jabra は、 2018 年に[123]周囲のノイズをキャンセルし、「ヒアスルー」と呼ばれる設定を切り替えることができるイヤホンをリリースしました。この設定では、周囲の音がマイクから取り込まれ、ユーザーに送信されます。これにより、通勤中に拡張サウンドが提供され、お気に入りの音楽を聴きながら周囲の音を聞くことができます。他の多くのデバイスは、エンターテイメント ウェアラブルと見なすことができ、ユーザーがメディアを体験するために着用するデバイスのみが必要です。
ゲーム
ゲーム業界は常に新しい技術を取り入れてきました。電子ゲームに使用された最初の技術は、Pongのコントローラーでした。ユーザーのゲーム方法は、10 年ごとに継続的に進化してきました。現在、最も一般的な 2 つのゲーム形式は、ビデオ ゲームコンソールのコントローラーを使用するか、 PC ゲーム用のマウスとキーボードを使用するかのいずれかです。
2012年、バーチャルリアリティヘッドフォンが一般に再導入されました。VRヘッドセットは1950年代に初めて概念化され、1960年代に正式に作成されました。[124]最初のバーチャルリアリティヘッドセットの作成者は、撮影監督のモートン・ハイリヒです。彼は1962年にセンサラマと呼ばれるデバイスを作成しました。 [125]センサラマはビデオゲームのようなデバイスで、非常に重いため、サスペンションデバイスで支える必要がありました。[126]ゲーム業界では、手袋からフットボードまで、さまざまなウェアラブルテクノロジーが存在します。ゲームスペースには風変わりな発明があります。 2016年、ソニーはコードネームProject Morpheusの最初のポータブルで接続可能なバーチャルリアリティヘッドセットを発表しました。[ 127] このデバイスは、2018年にPlayStation用にブランド名が変更されました。[128 ]主な焦点は、主に労働者階級が困難な作業を支援するために使用することです。[129]これらのヘッドセットは、教育者、科学者、エンジニア、軍人、外科医などによって使用されています。HoloLens 2などのヘッドセットを使用すると、ユーザーは投影された画像を複数の角度で見ることができ、画像と対話することができます。これにより、ユーザーは他の方法では得られない 実践的な体験を得ることができます。
軍隊
軍隊におけるウェアラブル技術は、教育目的、訓練演習、持続可能性技術にまで及びます。[130]
軍隊内で教育目的に使用されている技術は、主に兵士のバイタルサインを追跡するウェアラブルです。兵士の心拍数、血圧、感情状態などを追跡することで、研究開発チームは兵士を最大限に支援することができます。化学者のマット・コップック氏によると、彼はさまざまな生体認識受容体を収集することで兵士の致死性を高め始めました。そうすることで、兵士に対する新たな環境の脅威を排除することができます。[131]
仮想現実の出現により、VR を使用したシミュレーションの作成を開始するのは当然のことです。これにより、ユーザーはどのような状況を想定して訓練しても、より適切に準備できるようになります。軍隊では、兵士が訓練する戦闘シミュレーションがあります。軍隊が兵士の訓練に VR を使用する理由は、VR が実際の状況に置かれることなくユーザーが感じる最もインタラクティブで没入感のある体験だからです。[132]最近のシミュレーションには、戦闘シミュレーション中にショックベルトを着用した兵士が含まれています。撃たれるたびに、ベルトから一定量の電気がユーザーの皮膚に直接放出されます。これは、可能な限り最も人道的な方法で銃創をシミュレートするためです。[132]
軍人が現場で着用する持続可能性技術は数多くあります。その1つがブーツインサートです。このインサートは、兵士が装備の重量をどのように運んでいるか、また日々の地形要因がミッション計画の最適化にどのように影響しているかを測定します。[133]これらのセンサーは、軍隊が最善のタイムラインを計画するのに役立つだけでなく、兵士の身体的/精神的健康を最善の状態に保つのにも役立ちます。
ファッション
ファッショナブルなウェアラブルとは、「美学とスタイルを機能的なテクノロジーと組み合わせたデザインの衣服やアクセサリー」です。[134]衣服は、デジタルテクノロジーを介して外部とつながるインターフェースです。衣服を動的にカスタマイズする無限の可能性を可能にします。すべての衣服には、社会的、心理的、身体的機能があります。しかし、テクノロジーを使用することで、これらの機能を増幅することができます。Eテキスタイルと呼ばれるウェアラブルもあります。これらは、衣服内にウェアラブルテクノロジーを作成するために、テキスタイル（生地）と電子部品を組み合わせたものです。[135]これらは、スマートテキスタイルやデジタルテキスタイルとも呼ばれます。
ウェアラブルは、機能性の観点または美的観点から作られています。機能性の観点から作られる場合、デザイナーとエンジニアは、ユーザーに利便性を提供するためにウェアラブルを作成します。衣類やアクセサリーは、ユーザーを支援するツールとして使用されます。デザイナーとエンジニアは、ユーザーの生活を簡素化できる機能を提供するために、衣類の製造にテクノロジーを組み込むために協力しています。たとえば、スマートウォッチを使用すると、外出先で通信したり、健康状態を追跡したりできます。さらに、スマートファブリックは、顧客の動きを感知できるため、ユーザーと直接対話できます。これは、プライバシー、コミュニケーション、健康などの懸念に対処するのに役立ちます。数年前、ファッショナブルなウェアラブルは機能的でしたが、あまり美的ではありませんでした。2018年の時点で、ウェアラブルは、スタイリッシュで快適な衣類の製造を通じて、ファッション基準を満たすように急速に成長しています。さらに、ウェアラブルが美的観点から作られる場合、デザイナーはテクノロジーを使用し、エンジニアと協力して作品を探求します。これらのデザイナーは、デザインに電子機器を組み込むために利用できるさまざまなテクニックと方法を探求します。素材や色は衣服に埋め込まれたセンサーに応じて変化するため、特定のセットに制約されることはありません。デザイナーは、デザインがユーザーにどのように適応し、反応するかを決めることができます。[6]
1967年、未来的なデザインで知られるフランスのファッションデザイナー、ピエール・カルダンは、LED（発光ダイオード）を使った幾何学的な刺繍模様を特徴とする「電子ローブ」と題した衣服コレクションを制作した。ピエール・カルダンのユニークなデザインは、アニメ番組「宇宙家族ジェットソン」のエピソードで取り上げられ、主人公の一人が、光る「ピエール・マーシャン」[136]ドレスを電源に差し込むことでどのように機能するかを実演した。ピエール・カルダンの作品に関する展示会が最近、ニューヨークのブルックリン美術館で開催されている[137]。
1968年、ニューヨーク市現代工芸博物館は、ファッションとテクノロジーウェアラブルの融合を紹介する「ボディカバーリング」という展覧会を開催しました。展示されたプロジェクトには、温度を変える服や、光ったり音を出したりするパーティードレスなどがありました。この展覧会のデザイナーたちは、これらのプロジェクトを作成するために、服やアクセサリーに電子機器を創造的に埋め込みました。2018年現在、ファッションデザイナーはファッションとテクノロジーの限界を押し広げることで、デザインの製造においてこの方法を模索し続けています。[6]
オランダ家とNFCリング
NFCリングとしても知られるマクリアーは、ハウス・オブ・ヘンリー・ホランドおよびビザ・ヨーロッパ・コラボと提携し、イズリントンのコリンズ・ミュージック・ホールで「キャッシュレス・オン・ザ・キャットウォーク」と題したイベントを開催した。イベントを歩く有名人は、マクリアーのNFCリングを購入端末にタップすることで、ウェアラブルデバイスから史上初めて買い物をすることができた。[138]
キュートサーキット
CuteCircuitは、2008年にGalaxy Dress（米国シカゴ科学産業博物館のパーマネントコレクションの一部）と2012年にtshirtOS（現在はinfinitshirt）を制作し、インタラクティブでアプリ制御のファッションのコンセプトを開拓しました。CuteCircuitのファッションデザインは、インタラクティブで色を変えることができ、着用者にコミュニケーションと個性やスタイルを表現する新しい方法を提供します。CuteCircuitのデザインは、ケイティ・ペリー[23]やニコール・シャージンガー[24]などの有名人がレッドカーペットで着用しており、ボストン美術館のパーマネントコレクションの一部となっています。
プロジェクト ジャカード
イヴァン・プーピレフが率いるGoogleのプロジェクト、プロジェクト・ジャカードは、衣服とテクノロジーを融合させてきた。[139] Googleはリーバイ・ストラウス と協力し、スマートフォンを操作できるタッチセンサー付きのジャケットを開発した。カフスボタンは取り外し可能で、USBポートで充電できる。[140]
インテルとクロマット
インテルはChromatというブランドと提携し、ユーザーの体の変化に反応するスポーツブラや、ユーザーのアドレナリンレベルに応じて色が変わる3Dプリントカーボンファイバードレスを開発した。[141]インテルはまた、GoogleやTAG Heuerと提携してスマートウォッチを開発した。[142]
イリス・ヴァン・ヘルペン
スマートファブリックと3Dプリントは、デザイナーのイリス・ヴァン・ヘルペンによってハイファッションに取り入れられています。ヴァン・ヘルペンは、ラピッドプロトタイピングの3Dプリント技術をファッション業界に取り入れた最初のデザイナーです。 [143]ベルギーの会社Materialise NVは、彼女のデザインの印刷で彼女と協力しています。
電子繊維の製造工程
企業が繊維から衣服まで電子繊維を製造し、そのプロセスに電子部品を組み込む方法はいくつかある。開発中の方法の1つは、導電性インクを使用して伸縮性回路を布地に直接印刷する方法である。[144]導電性インクは、インク内の金属片を使用して導電性になる。別の方法は、導電性の糸またはヤーンを使用することである。この開発には、コーティングされたヤーンを製造したり、電子繊維を製造したりするために、非導電性繊維（ポリエステルPETなど）を金や銀などの金属などの導電性材料でコーティングすることが含まれる。[145]
電子繊維の一般的な製造技術には、次のような従来の方法があります。
- 刺繍
- 縫い
- 織り
- 不織布
- 編み物
- 紡糸
- パン粉
- コーティング
- 印刷
- 産卵[146]
問題点と懸念
FDAは、低リスクデバイス向けのガイダンスを起草し、体重管理、体力、リラクゼーションまたはストレス管理、知的鋭敏さ、自尊心、睡眠管理、または性機能に関するデータのみを収集する個人用健康ウェアラブルは一般的なウェルネス製品であるとアドバイスしています。 [147]これは、デバイスを取り巻くプライバシーリスクによるものでした。デバイスがますます使用され、改善されるにつれて、これらのデバイスは、人が特定の健康問題を示しているかどうかを判断でき、対処方法を提示できるようになります。これらのデバイスの消費が増えるにつれて、FDAは、アプリが適切に機能しない場合の患者のリスクを減らすために、このガイダンスを起草しました。[148]健康を追跡し、自立を促進するのに役立ちますが、情報を取得するためにプライバシーの侵害が依然として発生するため、倫理性についても議論されています。これは、転送する必要がある膨大な量のデータによるもので、第三者がこのデータにアクセスした場合、ユーザーと企業の両方に問題を引き起こす可能性があります。外科医が患者のバイタルサインを追跡するために使用したGoogle Glassには、第三者による同意のない情報の使用に関するプライバシーの問題がありました。ウェアラブル技術に関しては、同意の問題もあります。なぜなら、ウェアラブル技術は記録機能を備えているため、記録時に許可を求められないことが問題となるからです。[149] [150]
スマートフォンと比較すると、ウェアラブルデバイスは、デバイスメーカーやソフトウェア開発者にいくつかの新しい信頼性の課題を突きつけています。限られた表示領域、限られた計算能力、限られた揮発性および不揮発性メモリ、デバイスの非従来型の形状、豊富なセンサーデータ、アプリの複雑な通信パターン、限られたバッテリーサイズなど、これらすべての要因が、リソース不足やデバイスのハングアップなどの顕著なソフトウェアバグや障害モードの一因となる可能性があります。[5]さらに、多くのウェアラブルデバイスは健康目的[2] [12] (監視または治療) で使用されるため、その精度と堅牢性の問題により安全性の懸念が生じる可能性があります。これらのウェアラブルデバイスの信頼性とセキュリティ特性を評価するためのツールがいくつか開発されています。[151]初期の結果では、ウェアラブルソフトウェアの弱点が示されており、UIアクティビティの高負荷などによるデバイスの過負荷が障害を引き起こす可能性があります。[152]
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外部リンク
- 「心をさらけ出せ」 - physics.org
- 「ウェアラブル技術の未来」 - Off Bookによるビデオ