(株)Ｒ＆Ｄ支援センター TEL：03-5857-4811 MAIL：info@rdsc.co.jp
板生清 東京理科大学 教授;東京大学 名誉教授
伊藤寿浩 (独)産業技術総合研究所 集積マイクロシステム研究センター 副研究センター長
桑野博喜 東北大学 大学院工学研究科 ナノメカニクス専攻 教授
岡哲人 日立マクセルエナジー(株) マイクロ電池事業部 AS製品部 電池・回路設計グループ グループリーダー
片桐祥雅 (独)情報通信研究機構 脳情報通信融合研究センター 主任研究員
Lopez Guillaume 東京大学 大学院新領域創成科学研究科 人間環境学専攻 特任助教
梅田智広 奈良女子大学 社会連携センター 特任准教授
保坂寛 東京大学 大学院新領域創成科学研究科 教授
羅志偉 神戸大学 大学院システム情報学研究科 教授
源間信弘 (株)東芝 研究開発センター 首席技監
児島全克 HTC NIPPON(株) Product & Engineering Div. Director
池田泰久 NTTエレクトロニクス(株) BBシステム・デバイス事業本部 技師長
東野輝夫 大阪大学 大学院情報科学研究科 教授
山田純 クアルコムジャパン(株) 特別顧問
中嶋宏 オムロン(株) 技術本部 上級技術専門職
神谷昭勝 STマイクロエレクトロニクス(株) イメージング&アドバンスド製品部 ディレクター
Mariateresa Gatti ST Microelectronics Advanced System Technology Director
山本隆一 東京大学 大学院情報学環 准教授
本橋健 日本電信電話(株) NTTソフトウェアイノベーション 主幹研究員
小林弘幸 順天堂大学 医学部 教授
板生研一 WINフロンティア(株) 代表取締役社長
雄山真弓 大阪大学 大学院基礎工学研究科 招聘教授;(株)カオテック研究所 代表取締役;関西学院大学 名誉教授
坪井俊明 NTTアイティ(株) ヘルスケア事業部 事業部長
吉田隆嘉 東京理科大学 客員教授
加納史朗 アズビルあんしんケアサポート(株) マーケティング部 マネージャー
石原亨 アズビル(株) 技術開発本部 商品開発部 システム商品グループ 技師
車谷浩一 (独)産業技術総合研究所 サービス工学研究センター 都市空間サービス基盤技術研究チーム長
大内一成 (株)東芝 研究開発センター インタラクティブメディアラボラトリー 研究主務
森正弥 楽天(株) 執行役員;楽天技術研究所長
1975年頃から芽生えたメカトロニクス技術は、機械・電気・情報を3本柱として、旧来の機械システムを高能率・高精度・高信頼のシステムへと変貌させた。工作機械はもとより、プリンタ・磁気ディスク・光ディスク・VHS・CD・DVD・携帯電話などにみられるように、印刷・記憶・伝達などの情報機器に革命をもたらした。
家電・自動車から各種部品に至るまで、日本発のメカトロニクス技術は、それらの部品・装置・システムまでも世界のトップに押し上げ、1990年代にはジャパンアズナンバーワンと称されるほどの原動力となったと言っても過言ではない。
あらゆる機械システムにはセンサとマイクロコンピュータが埋め込まれて、無駄な動きが排除されて最適制御されエネルギー消費をミニマムにするなど小型軽量化・経済化を達成し、しかも高い信頼性を得て、日本製品は世界一の競争力を持つに至ったのである。このような基幹技術をベースとして、日本はここ20年ほど輸出黒字を毎年10兆円計上し、今や270兆円の海外純資産と1400兆円の個人資産を有する世界一の金持ち国となった。
しかしながら、国民がそのような豊かさを実感するに至らないのはなぜか。毎年稼ぐ巨額のマネーが金融システム等に貯蓄されていて、国民生活を直接潤す構造にはなっていないことが大きな理由である。さらにはGDP(国内総生産)の伸びが2%以下の状態では失業率5%を減らすことができない。このような状況を打開する道として、今後はセンサネットワークの対象を前述の機械システムのみから人間・社会システムまで拡張して、人にやさしい人間・社会システムを創ることが考えられる。
幸か不幸か日本は少子高齢化の先頭を走っている。そこで第3次産業を超えて、互いに助け合う社会を創出する産業すなわち第4次産業の育成を目指すことにより、日本は近い将来、産業の空洞化を乗り越えられるものと考えている。
筆者が1991年から20年提唱してきたネイチャーインタフェイスの世界とは、マイクロセンサとインターネットを用いて、人間・人工物・地球(自然)の3項のインタフェイス(界面)を低くして、発信される万物の情報の交流を可能にする調和的な世界である。人工物にセンサやマイコンを内蔵して、エネルギー消費の最適化を実現するスマートグリッドなどによる分散ネットワーク化、故障予知の技術による安全なインフラシステムの構築の基盤となる世界である。人間自身もセンサとインターネットを使うと、心拍・呼吸・動き・体温等の生体情報を得て、言語以上により親密で精確な情報交流が可能となる。無医村の過疎地や一人暮らしの老人のケア、個々の人間のストレスの予知や緩和、あるいは個々の人間の集合体としての社会がいま何を考えどう行動しようとしているか察知するなど、新たな人間情報センシングサービスの実現へとつながるものである。このような強靭なインフラと分散化したインフラおよび人間情報にもとづくソフトウエアによって姿を現してくる世界、それがネイチャーインタフェイスの世界である。
2000年に設立したNPO法人ウェアアラブ環境情報ネット推進機構(WIN)では上記の一般論を具体化する活動を続けている。すなわち、2002年～2004年度にIPA(独立行政法人情報処理推進機構)の次世代ソフトウェア開発事業において採択され、東京大学医学部矢作教授をプロジェクトリーダーとして研究した「ウェアラブルセンサを用いた健康情報システム」である。
本システム構想の最大の特徴は、医師が患者の状態を判断するベースとなるさまざまな生体情報を、リアルタイムで自動的にモニタリングし続けるという点である。WINがこの構想のために開発したのは、まず生体情報をとるためのセンサ、取得されたデータを統合し、グラフなどのような使いやすい情報に置き換えるプログラム、そして、それらを医師や介護担当者など必要な人がみられるようなシステムと、大きく3つに分けられる。
これまでには数々の生体センサが発案され、まさに頭の先から足の先まで、皮膚温度や脈拍はもちろんのこと、脳波から眼球の運動、体動加速度、血流量、足圧まで、全身の生体情報を計測してきたが、それらは実社会のなかにどのように組み込まれ、実際にどのように役立てられていくかを検証した。
現在、NPO法人WINの「バイタルケアネットワークシステム構想」は、新たな局面に入りつつある。これまで発案されたさまざまな生体センサは、プロトタイプづくりを終え、すでに医療関係者を交えた実証実験も第1段階は終了したといえる。今後はこれらの実験結果をもとに、より有用なものを選別し、方向付けを明確に行いながら具体化・実用化を進め、実社会のなかでこのシステムを使用していくためのソフトウェア開発に注力していくことになる。
高齢者や慢性疾患を抱える人など、倒れる危険性のある人の脈拍,血圧,呼吸,酸素飽和量などを指輪型のパルスオキシメータや腕時計型の複合生体センサシステムなどを使ってモニタし、通信網を使って採取した情報を統括するセンターへ送信する。また、認知症高齢者の眼球運動などのバイタルサインをモニタリングすることによって、認知症の進展具合を診断し、アルツハイマー型痴呆の早期発見に役立てる。さらに、常に健康状態をチェックする健康管理システムとして実装すれば、医師やコンサルタントの指示によって生活習慣を改善し、疾病予防に役立てることも可能となる。
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、万物が発信する情報を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、ユーザに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。本書ではこれらの技術とサービスについて、最新の情報を掲載している。
2012年9月
板生 清
【第Ⅰ編 総論】
第1章 技術潮流 板生 清
1 コンピュータの誕生
2 パーソナルコンピュータの誕生
3 ウェアラブルの未来
第2章 ウェアラブルがもたらす社会変革 板生 清
1 人類誕生からのコミュニケーション
2 電気通信・放送の時代へ
3 インターネットの驚異
4 何兆台もの端末がつながるインターネットへ
5 ネイチャーインタフェイスへ向うウェアラブル
6 ネイチャーコミュニケーションへ
第3章 ヘルスケアサービスの展開 板生 清
1 人間情報学
2 人間情報システムの位置づけ
3 健康情報システムの開発
4 生体情報センサによるヒューマンレコーダ開発
4.1 ヒューマンレコーダの構成
4.2 自律神経系の計測
5 センサによる介護予防の実施例
5.1 睡眠の計測
5.2 センサ活用のICT地域高齢者健康管理システム
5.3 快適省エネヒューマンファクターに基づく個別適合型冷暖房システム
6 健康・快適・安心サービスの将来像
【第Ⅱ編 センサ開発技術】
第4章 マイクロ・ナノ技術の概要 伊藤寿浩
1 はじめに
2 圧電MEMS技術
3 MEMS封止実装技術
4 まとめ
第5章 電源技術
1 マイクロエネルギーハーベスティング 桑野博喜
1.1 はじめに
1.2 マイクロエネルギーハーベスティングの種類
1.3 振動を利用したマイクロエネルギーハーベスティング
1.4 AlN薄膜による振動を利用したマイクロエネルギーハーベスティングの例
1.5 マイクロエネルギーハーベスティングの適用が期待される例:センサ・コミュニケーション・ソサエティ
1.6 おわりに
2 ウェアラブル機器を支える小形リチウム二次電池 岡 哲人
2.1 コイン形リチウム二次電池(CLB)の特長
2.1.1 高出力
2.1.2 安全性
2.1.3 薄形・小形化
2.1.4 端子,ワイヤーコネクター
2.1.5 電池ユニット
2.1.6 ワイヤレス充電への取り組み
2.2 期待できる用途
第6章 循環系センサ
1 心電センサー 片桐祥雅
1.1 心臓の役割と心電センサーによるモニタリングの意義
1.2 心電計測の基盤
1.3 デバイス構成技術
1.4 ウェアラブル心電センサーの活用
1.5 心拍数変動スペクトル解析とその応用
2 日常健康モニタリングのための連続血圧センシング技術 Lopez Guillaume
2.1 はじめに
2.2 血圧測定手法
2.3 PWV法を用いた収縮期血圧測定の最先端技術
2.3.1 計測原理
2.3.2 PWV法による連続収縮期血圧測定のためのウェアラブル機器
2.4 高齢者におけるPWV法を用いた収縮期血圧測定の臨床での応用の可能性検討
2.4.1 高齢者の高血圧と血圧変動
2.4.2 ウェアラブル血圧計を用いた高齢者の短期血圧変動評価試験の結果および考察
2.5 まとめ
3 脈波・心拍センサ 梅田智広
3.1 市場成長見込まれるヘルスケア分野
3.2 バイタルサイン
3.3 脈波・心拍センサ
3.3.1 脈波センサ
3.3.2 心拍センサ
3.3.3 心拍ウェアラブルセンシングの現状
3.3.4 心拍ウェアラブルセンシングの発展
3.4 生体信号の問題点
3.5 心拍計測の最新トピック
4 深部体温センサ 片桐祥雅
4.1 深部体温の定義
4.2 熱輻射を利用した非接触深部体温測定法とその実例
4.3 熱流補償型深部体温測定法とその実際
第7章 脳波センサー 片桐祥雅
1 脳波計測の意義
2 神経活動の電気生理学的特徴
3 脳波計測の基盤
4 脳波センサーの課題と解決方法
5 ウェアラブル脳波センサー
第8章 足圧センサと行動認識 保坂 寛
1 人体装着型運動センサ
2 簡易型足圧センサ
3 記録データによる行動予測
第9章 モーションセンサ 羅 志偉
1 モーションセンサの分類
2 MEMS技術に基づくモーションセンサの基本原理と実装
3 モーションセンサによる身体運動機能解析への応用
第10章 ナノバイオデバイス 源間信弘
1 DNAチップ
2 プロテインチップ
3 ナノポアデバイス
第11章 超省電力無線技術 児島全克
1 はじめに
2 UWB(ウルトラワイドバンド:超広帯域無線方式)
3 ブルートゥースLE
4 ZigBee(家電向け近距離無線通信規格)
5 ANT
6 各種通信方式比較
第12章 人体近傍の無線通信 池田泰久
1 医療・ヘルスケアと人体近傍の無線通信
2 特定小電力無線(体内植込)
3 Bluetooth(デジタル機器用近距離無線通信規格)
4 UWB(ウルトラワイドバンド:超広帯域無線方式)
5 ZigBee(家電向け近距離無線通信規格)
6 BAN(Body Area Network)
7 人体を通信路とする通信
8 近距離無線通信のISO/IEC規格
9 人体近傍の無線技術の進展
第13章 携帯電話通信方式 児島全克
1 変調方式
2 フェージング
3 多元接続方式
4 複信方式
5 携帯電話技術の進化の経緯
5.1 第1世代(1G)
5.2 第2世代(2G)
5.3 第3世代(3G)
5.4 第4世代(4G)
第14章 スマートフォン 児島全克
1 はじめに
2 スマートフォン誕生まで
3 ウィンドウズフォンOS
4 Linux
5 アンドロイド
6 iOS
7 特許戦争
8 スマートフォンを支える技術
9 スマートフォンの今後
第15章 クラウド技術 児島全克
1 はじめに
2 クラウドモデル
3 分散システム
4 クラウドデバイス
5 HTML5
6 アプリケーション配信メカニズム
7 ビッグデータ
第16章 セキュリティ技術 東野輝夫
1 無線通信技術で用いられているセキュリティ技術
2 プライバシー保護技術
3 スマートフォンやICタグのセキュリティ対策技術
【第Ⅳ編 ヘルスケアモニタリングシステム構築と市場展開】
第17章 センサネットワーク市場 山田 純
1 背景
2 センサネットワーク市場の現状
3 センサネットワーク市場の今後
4 センサネットワーク市場の普及・拡大への課題
第18章 ヘルスケアデバイスとサービスの開発動向 中嶋 宏
1 日常生活における計測
2 デバイス開発事例
2.1 内臓脂肪計測装置
2.2 活動量計
2.3 睡眠計
3 サービス開発事例
3.1 朝晩ダイエット,ゆるぴかダイエット
3.2 血圧分析サービス
4 デバイスとサービス進化の方向性
第19章 ボディ・ゲートウェイ プラットフォーム 神谷昭勝,Mariateresa Gatti
1 e-ヘルス・ソリューションの必要性について
2 相互運用性と市場拡大に向けた標準化
3 STの活動およびソリューション
4 マルチセンサ
4.1 心電図検知
4.2 モーション検知
4.3 生体インピーダンス検知
4.4 その他センサ
5 独立処理系
5.1 心電図信号処理
5.2 加速度センサ信号処理
5.3 生体インピーダンス信号処理
6 混合処理
6.1 異なる信号からのパラメータの融合
6.2 異なる信号から得られる異なったパラメータの比較
7 プロトコル
8 遠隔モニタリング機器分野における低消費電力技術の研究
第20章 パーソナル・ヘルスレコード 山本隆一
1 はじめに
2 なぜPHRか
3 我が国のPHR/EHRへの取り組み
4 世界のPHR/EHRの状況
5 我が国のPHR/EHRのあるべき姿
6 Pre-populationとAuto-population
7 PHR/EHRと個人情報保護
8 パーソナル情報としてのPHR/EHR
9 PHR/EHRが変える日本の保健医療
第21章 ヘルスケアネットワークシステム 本橋 健
1 ヘルスケアネットワークシステムの概況
2 ヘルスケアネットワークシステムの事例
2.1 遠隔医療に向けたヘルスケアネットワークシステム
2.2 健康相談に向けたヘルスケアネットワークシステム
2.3 医療・健康情報管理に向けたヘルスケアネットワークシステム
2.4 保険事業に向けたヘルスケアネットワークシステム
2.5 健康増進に向けたヘルスケアネットワークシステム
2.6 ヘルスケアネットワークシステムにおける標準化
2.7 ヘルスケアネットワークシステムにおける情報保護
3 今後のヘルスケアネットワークシステムの展望
【第Ⅴ編 ウェアラブルサービスへの応用】
第22章 自律神経計測サービス―Lifescore― 小林弘幸,板生研一
1 自律神経とは何か?
2 自律神経と重篤な病気との関係
3 自律神経センシングで,あなたの健康を見つめ直す Lifescoreサービス
3.1 Lifescoreサービスのコンセプト
3.2 Lifescoreサービスの評価項目と解析ロジックの概要
3.3 Lifesocreサービスの活用例
4 Lifescoreサービスの将来像
第23章 指尖脈波のもつ健康情報サービス 雄山真弓
1 はじめに
2 生体信号の測定と解析
2.1 生体信号とカオス
2.2 指尖脈波の測定方法
2.3 アトラクタとLLEの算出方法
2.4 指尖脈波から何がわかるか?
3 LLEと認知心理の関係
4 LLEと精神健康度の関係について
4.1 老人の脈波のカオス解析による認知度とコミュニケーションスキルの分析
4.2 子供のLLEの変化と母親の愛着との関係
4.3 某会社の被雇用者の脈波と疲労度インデックスの関係
4.4 モニタ監視作業における判断・操作ミスとLLEの関係
4.5 出産時のLLEの変化
4.6 笑いとLLEの関係
5 精神健康の自己チェックシステムの必要性
5.1 社会的ニーズと測定上の注意
6 Lyspect の紹介
7 今後の課題
第24章 健康支援サービス 坪井俊明
1 携帯電話を利用した保健指導トライアル
2 テレビ電話を利用した高齢者の健康増進トライアル
第25章 ウェアラブル体温調節サービス 吉田隆嘉
1 はじめに
2 ウェアラブル体温調節の現状
3 ネックウェアーの開発
3.1 頚部を冷却する部位に選択した医学的理由
3.2 「温度感覚」と「温熱感覚」の違い
3.3 人間の体温調節の仕組み
3.4 冷却・加熱の候補としての頸部・腋窩・鼠蹊部の特異性
3.5 頸部が冷却・加熱に最適な理由
3.6 中枢機能を維持する効果
3.7 モニタリングシステム
4 クラウド時代を見据えた今後の展望
5 まとめ
第26章 緊急通報サービスの考え方と運用システム 加納史朗,石原 亨
1 はじめに
2 緊急通報システムの歴史と課題
3 利用される緊急通報サービスを目指して
4 新たな緊急通報システム
5 モバイル版緊急通報システムの概要
5.1 モバイル端末
5.2 モバイル版緊急通報システムの特長
5.2.1 利用者の位置を特定できる
5.2.2 三者通話ができる
5.2.3 信頼性が高い
5.2.4 受信システムの電話機能のデジタル化
6 緊急通報システムの展望
第27章 人間行動ナビゲーションサービス 車谷浩一
1 はじめに
2 屋内自律型ナビゲーション
3 遠隔生体見守りシステム
第28章 日常生活見守り技術 大内一成
1 はじめに
2 ウェアラブル生活習慣管理システム
2.1 システム構成
2.2 リアルタイム状況認識
2.2.1 動作認識
2.2.2 食事イベント検出
2.3 機能概要
3 ウェアラブル睡眠解析
3.1 脈波と加速度による睡眠解析
3.2 睡眠解析性能評価
4 携帯電話搭載センサによるリアルタイム生活行動認識システム
4.1 処理概要
4.2 加速度による動作状態分類
4.3 音による作業状態分類
4.4 リアルタイム生活行動認識アプリ
4.5 性能評価
第29章 「医療クラウド」と「モニタリングクラウド」の実際とその先の「ヘルスケアクラウド」 森 正弥
1 クラウドコンピューティングとその普及
2 クラウドの医療への適用
3 「医療クラウド」による医療データの保全・管理
4 「医療クラウド」によるデータ共有による地域連携・病患連携
5 生活機能のモニタリングによる健康管理
6 「モニタリングクラウド」による生活機能の記録・管理
7 「モニタリングクラウド」サービスによるコミュニケーション
8 「医療クラウド」と「モニタリングクラウド」の連携
9 クラウドサービス発展の課題
10 おわりに
ウェアラブルデバイス,ネイチャーインターフェイス,ユビキタスネットワーク,脳波計,血流計,心電計,ジャイロセンサー,加速度センサ,書籍,本
