発展するウェアラブル機器。

トレンド

小型化デバイスの増大

ウェアラブル電子機器は救命デバイスからファッション アクセサリまで発展し、その範囲は活動モニタ ブレスレット、スマート ウォッチ、スマート グラス、GPS 対応の靴などにわたっています。これらすべてについて、現在も市場の需要は拡大しています。

ウェアラブル電子機器は、実際に、現在の社会では一般的である補聴器、ペースメーカ、およびその他の医療用デバイスとして数十年にわたって使用されてきました。 実際には、携帯電話などの多くの民生機器 (ポータブル音楽プレーヤとして装着される場合もある) の元の設計は、当初からそのように設計されたわけではなく、外出先での機能とコネクティビティに関する消費者のニーズに基づいて適合してきました。ウェアラブル電子機器は救命デバイスからファッション アクセサリまで発展し、その範囲は活動モニタ ブレスレット、スマート ウォッチ、スマート グラス、GPS 対応の靴などにわたっています。これらすべてについて、現在も市場の需要は拡大しています。
ウェアラブル電子機器の出現は、ほとんどが消費者の需要によるものですが、以下のようなさまざまなウェアラブル用途が存在します。

  • インフォテエインメント: 音楽、写真、ビデオ、地図、電子メールなど、通知と娯楽に使用されます。
  • 活動の追跡: 歩行、睡眠、心拍数、摂食量などの活動や機能を監視するために使用されます。これにより、重要なフィードバックが個々の消費者に即時に提供され、その時点で行動を変更することができます。
  • 健康監視: 診断された状態の監視、および近い将来には診断をサポートするために使用されます。ただし、プライバシーに関する規制要件と懸念により、そのような技術には長い開発期間と試験が必須になります。
  • 産業およびエンタープライズ: 工場のプロセス監視や倉庫の在庫更新などのリアルタイム データを提供する、手首に装着する端末に重点を置いています。スマート グラスおよびスマート バンドは、産業部門において "デスクを使用しない" 遠隔労働者の場合に迅速に採用されることが予期されます。
  • ソルジャ システム: システムを管理するために、パーソナル ネットワーク、センサ、外部通信、および電力を統合します。1 つの目的は、各兵士をより大きい戦場に結び付けることです。この場合、サブシステムを接続するコネクタとケーブルは、高性能で、耐久性に優れ、堅牢であるとともに、歩行の兵士用に軽量である必要があります。
フィットネス バンド
フィットネス バンド
スマート グラス
スマート グラス
スマート衣類
スマート衣類
医療
医療

ウェアラブル電子デバイスは、インテリジェンスを備え、取得した入力を処理して有意な出力を提供できるデバイスとして定義できます。 たとえば、活動ブレスレットの 1 つの機能がセンサから生データを取得して処理し、特定期間内の歩数についてのレポートを生成します。センサは、歩みと他の動作を区別するために十分なインテリジェンスを使って、動きを追跡します。

センサ

センサはウェアラブル電子機器における重要な部分であり、小型化と高度化が進み続けています。使用できるセンサには多くのタイプが存在しますが、最も一般的なものは慣性測定装置 (通常は加速度計) です。加速度計は、特定の動作、方向、強度または速度を追跡できます。加速度計の 1 つの簡単な例として、携帯電話またはタブレット (入力) が回転されると、デバイスがその動作を処理し、それに従って画面を回転させます (出力)。
その他の圧力、温度、位置、湿度などの一般的なセンサは、コンパス、GPS、ジャイロスコープなどのアプリケーションでの動作検出をサポートします。医療用途で使用されるセンサは、血流、脈拍、血圧、血中酸素濃度、筋肉の動き、体脂肪、および体重の測定とモニタに使用できます。最も成功しているウェアラブル機器は、収集された生データをアルゴリズムを使用して処理し、実用的で意味のある知見をユーザに提示する機器です。

通信関連

入出力

ウェアラブル電子機器は外部と通信できなければなりません。短距離無線または他のワイヤレス プロトコルを介したワイヤレス接続がよく使用されていますが、USB ポートを介した有線接続が一般に必要です。

電力

多くのウェアラブル機器には、ユーザ対話用のビデオ ディスプレイまたはタッチ スクリーンが備えられています。そのような小型ディスプレイにとって大きな課題は、使いやすさです。スマート ウォッチ上の高解像度ディスプレイでも、あまり面積はありません。使いやすさを維持するには、画面上に収まる情報量と、生成された情報の読みやすさの間の、正しいバランスが必要です。これらのディスプレイの消費電力の管理は、大手ウェアラブル機器メーカの重要な動機付けです。フルカラー LCD または OLED のディスプレイとは対照的に、電子インクや電子ペーパなどの低電力の代替手段が広く使用されています。どのような電子デバイスでも同様ですが、再充電可能バッテリーまたはその他の充電方法によりウェアラブル機器に給電する必要があります。これには、通常はバッテリーに再充電するために接続される電源用のポートが必要です。新しいウェアラブル デバイスに組み込まれる主要な機能として無線送電が出現してきており、防水の必要性が示されています。 

処理

ウェアラブル電子機器の別の一般的な特徴は、アプリケーションの更新または変更中にさまざまなアプリケーションを実行できることです。たとえば、スマート ウォッチは携帯電話に類似しています。これは、重要なアプリケーションの更新およびダウンロードのために独立してインターネットに接続している間に装着者がさまざまな作業を実行できるコンピュータです。

ウェアラブル電子機器はモノのインターネット (IoT) のサブセットです。 IoT は、人々を超えたインターネットの移行です。1 つの例は、世界の任意の場所からスマート フォンまたはスマート ウォッチを使用して、遠隔地から家の開錠、サーモスタットの制御、セキュリティ システムの作動または解除を行うことです。
また、IoT は人が介在しなくても機能できます。スマート ウォッチを事前にプログラムして、寒い朝に温度を上げて夜には温度を下げる、または天気予報をチェックしてからその情報に基づいて家の温度を調整することができます。

どこにいてもインターネット プロトコル

IoT の鍵

IoT の重要な要因はインターネット プロトコル (IP) の使用です。IP は、情報の流れを制御するためにイーサネットおよびインターネットで使用される通信プロトコルです。接続されるすべてのデバイスが IP アドレスを持っています。IP アドレスを持つすべてのデバイスは、他のすべての IP デバイスと通信できます。ファイアウォール、パスワード、および他のセキュリティ対策により、どのデバイスが相互に通信できるかが制御されます。ウェアラブル電子機器は IP アドレスに基づいて IoT に参加します。
IoT の一部となる 1 つの利点は、ウェアラブル電子機器がスタンドアロン デバイスとして存在する必要がないということです。フィットネス ブレスレットからの活動データをコンピュータ上のアプリケーションにダウンロードできます。このアプリケーションは、進行を追跡するために継時的に詳細な傾向分析を提供できます。ウォッチ内の音楽プレーヤは、クラウド コンピューティング (“クラウド”) を使用して歌を取得することができます。最終的な結果は、人々はどこにいても、単にウェアラブル電子機器と IoT の世界を探求することで、手元にあるか体に装着した小型デバイスにより、テレビ、家、自動車、家電製品、救命デバイスなどのモノとの相互作用が可能であるということです。

ウェアラブル電子機器は、構成部品の小型化と統合により可能になっています。 複数の強力な機能を非常に小さいスペースに詰め込むことができます。センサ、コンピュータ チップ、カメラ、スピーカ、およびその他の構成部品の小型化と高機能化が進んでいます。

実装に関する課題

これらの構成部品を正しい製造可能性レベルで正しいサイズ形状に実装することが課題です。コネクティビティ分野のリーダーとして、TE Connectivity はウェアラブル電子機器のメーカーと密接に連携しています。図 2 は、スマート ウォッチの通常のコネクタ ソリューションを示しています。これらの部品、および他の構成部品の大部分における重要な特長は、低背でフットプリントが小さいということです。低背は、デバイス自体のスリムな設計を想定できるようにするために特に重要です。 

図 2 – スマート ウォッチのコネクタ ソリューション

図 2 – スマート ウォッチのコネクタ ソリューション

スペースを重視する場合、部品を統合すると、システムが簡素になるだけではなく、使用可能なスペースが最大限の効率で使用されます。携帯電話に関する図 3 に示されているように、アンテナを直接ハウジングに組み込むことができます。そのような Molded Interconnect Device (MID) と新たに出現したアンテナ技術により、回路トレース、アース プレーン、およびシールドを成形部品に統合することができます。基板は、工業用プラスチックまたは複合材のいずれかです。複合材は、材料の強度を上げる能力の面でますます魅力的になっており、コスト効率の高い成形と金属化が可能です。

図 3 - アンテナおよびその他の回路要素をプラスティック基板に組み込み可能
図 3 - アンテナおよびその他の回路要素をプラスティック基板に組み込み可能

多くのウェアラブル システムは、スポーツやその他の激しい活動時に装着するように設計されています。 概念としての堅牢性は相対的で、用途の観点からのみ定義できます。心臓モニタの堅牢性要件は、サイクリストが装着する活動モニタの場合とは異なります。ソルジャ ウェアラブル機器はまったく異なるレベルの堅牢性で動作するため、より広い温度範囲、衝撃と振動に対するより良い耐性、コンシューマ デバイスを破損する化学薬品または溶剤に対する耐性が必要になります。
ウェアラブル電子機器の環境ハザードに対する耐性を高めると、デバイスの信頼性と使いやすさが向上します。防滴 USB ポートとゴム製カバーを使用することによりある程度の耐候性を達成できますが、デバイスが防水になるわけではありません。設計者達は、防水設計の IP67/68 シーリングを達成するために、デバイスの開口部を閉じることに目を向けています。電子機器のエンクロージャの環境保護を指定するために、侵入保護 (IP) が使用されます。防水により堅牢な設計が得られるだけではなく、さらに使いやすくなります。無線送電などのいくつかのアプローチが市場に出現しています。

図 4 - 磁気で取り付けられたケーブル
図 4 - 磁気で取り付けられたケーブル

磁気で取り付けられたケーブル: USB や同様のコネクタでは、フリクションはめ合いを使用してコネクタの嵌合を維持します。図 4 で示されている代替アプローチでは、磁気を使用して、ケーブル側のスプリング式端子にコネクタを適切に保持します。デバイス側の端子とマグネットは、液体と湿気がデバイスに入らないようにシーリングできます。マイクロ USB コネクタの嵌合とは対照的に、マグネットはケーブルを適切な位置に引き出す場合に役立ちます。

非接触データ接続: デバイスとケーブル アセンブリの両方で磁気アタッチメントとトランシーバを使用してワイヤレス接続を確立します。このアプローチでは、USB 2.0 や USB 3.0 などの高速 I/O プロトコルがサポートされます。トランシーバ間が短距離であると、接続の電力効率が高くなります。

ワイヤレス充電: 直接の電気接続を使用せずにバッテリーに充電できます。ワイヤレス充電 (誘導充電) では、充電ユニットと電子機器で誘導コイルを使用してデバイスに充電します。充電コイルにより作成される電磁場により、受信側コイルにエネルギを転送できます (変圧器と同様の動作)。ワイヤレス充電の利点は以下のとおりです。

  • 耐久性の向上: コネクタの摩耗がない
  • 信頼性の向上: 汚染物質が入るコネクタ ポートがない
  • 使いやすさの向上: 嵌合する小さいコネクタがない
  • 設計の自由: 産業機器設計者は新しい奇抜な形状のデバイスを自由に作成可能
  • 長寿命: 電力送信機を共通オブジェクト内に作成することは、継続的にデバイスに充電することを意味する

ワイヤレス充電の欠点は、低効率、高い発熱、遅い充電などです。これらの問題はそれぞれ関連しており、新しいコイル構造とより高い結合周波数によって改善されます。ほとんどのウェアラブル デバイスは非常に低電力であるため、これらの欠点の影響は最小限になります。

ウェアラブル機器の別のトレンドは、センサと電子機器を繊維に埋め込むということです。 この繊維には、特殊な競技用ウェアから日常の衣類まで含まれます。課題は、他の衣類と同様に扱うことができる電子衣類を作製することです (着心地、柔軟性、および洗濯)。配線と電子機器を目立たず頑丈にする必要があります。これには以下が必要です。

  • 絶縁、堅牢、および防水の、信頼できる結線
  • 柔軟で、衣類ベースのアンテナとトランシーバのソリューション
  • 伸縮が伝わる絶縁ワイヤ
  • 乾燥可能な小型バッテリー
  • 折れとしわに対する耐性を備えた PCB/FPC

ウェアラブル電子機器市場の課題は、生活を向上させる有益なデータを提供できるデバイスを作製することです。手首、頭、または足のどこに装着するかには関係なく、ウェアラブル機器はファッショナブルかつ堅牢で、簡単に再充電できる必要があります。