【機械学習と刺繍技術が生み出す次世代ウェアラブルセンサー】袖口に組み込んだ刺しゅうセンサーでスマホを操作するぞ
ノースカロライナ州立大学の研究者たちは、衣服に組み込める布ベースのタッチセンサーを開発しました。このセンサーは、モバイルアプリの操作やパスワードの入力、ビデオゲームのプレイなど、様々な電子機器を触覚で制御することが可能です。これにより、ウェアラブルエレクトロニクスの世界が大きく変わるかもしれません。
センサーの仕組みと構造
このデバイスは、刺繍された圧力センサーとデータ処理を行うマイクロチップの2つの部分から構成されています。センサーは摩擦帯電性で、異なる電荷を持つ2つの摩擦電材料からなる糸を刺繍機で従来の布に組み込むことで作られます。圧力が加わると、層間の摩擦から生じる電荷を利用して電力を生成します。
3次元構造の重要性
この研究の責任著者であるRong Yin氏は、センサーの3次元構造が重要であると強調しています。圧力センサーは摩擦帯電性であるため、2層の間に隙間を設ける必要があります。この隙間がセンサーの出力をコントロールする鍵となるため、スペーサーを使ってギャップを調整しました。これにより、センサーはより精密な圧力検知が可能になります。
データ処理と機械学習の役割
センサーからのデータはマイクロチップに送られ、そこで生の入力データが特定の命令に変換されます。機械学習アルゴリズムは、この変換を円滑に進めるための重要な要素です。デバイスは異なるジェスチャーを見分けることができ、意図しない入力を無視することもできます。環境要因や誤ったタッチによるデータの不正確さを認識し、適切に処理する能力を持っています。
実用例：音楽アプリとビデオゲーム
研究者たちは、Bluetooth経由でセンサーに接続する音楽再生アプリを開発し、センサーの機能を実証しました。アプリの操作は、再生/一時停止、次の曲、前の曲、音量調整、ミュートなどの6つの機能を持ち、それぞれ異なるジェスチャーで制御されます。また、パスワードの設定や入力、ビデオゲームの操作にも成功しています。
実験のデモンストレーション
研究者たちは、ファブリックベースのセンサーを使用してビデオゲームを操作する方法も実演しました。このデモでは、センサーがどのように正確に動作し、様々な入力に応じるかを示しています。動画でその詳細を見ることができます。
技術の未来と課題
この新しいセンサー技術は、既存の刺繍技術が素材の種類に対してどれだけ対応できるかという課題がありますが、将来的にはウェアラブルエレクトロニクスの重要な要素になる可能性があります。衣服に組み込まれたセンサーが、より多くの機能を持ち、日常生活を便利にする日はそう遠くないかもしれません。
まとめ
ノースカロライナ州立大学の研究チームによる布ベースのタッチセンサーは、ウェアラブルエレクトロニクスの新しい可能性を示しています。3次元刺繍技術と機械学習を組み合わせることで、衣服に組み込まれたデバイスが電子機器の操作を簡単に行えるようになります。これにより、私たちの生活はさらに便利で快適になることでしょう。
ChatGPTで作成
論文では、現在稼働中の「崩壊スターレイル」を袖につけた刺繍でコントロールしているところが見られる。いまのところ、音楽プレイヤーでの停止再生はうまくできるようだけれど、動体視力をそれほど要求しないスマホのゲームでも、もんだいなさそう。
https://www.cell.com/device/fulltext/S2666-9986(24)00162-5
シューティングやアクションゲームのようなすぐに指が動かせるような操作を要求するプレイには向いていない様子。ただ、スマホが触れないシーンでは、このようなデバイスがあると便利。このようなパッチをあてがえる衣服なら、そこに装着しておけるだろう。
なお、洗濯をしてしまうと精度が下がってしまうそうで、それは洗剤に含まれている界面活性剤が摩擦による帯電特性を弱めてしまうと考えられている。また、気温や温度にも影響があるだろうし、静電気が発生しにくい蒸し暑い場所では、もっと影響が出るだろうと思う。
ただ、研究チームは機械学習で誤動作を減らして、正確性を高められるとのこと。なんとなく、誤字を発見して入力補助をしてくれる最近の日本語入力アプリを思い出した。
まだまだ課題はあるけれども、袖口でスマホを操作するのは面白そう。ジップロックに使われているポリエチレンは静電気を帯びるし、刺繍されたコンパネにはポリエチレンのようなもので保護すれば、それなりに長持ちできそうだけれど。
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