通信機能付きコンタクトレンズ

Googleがセンサーチップやアンテナなどを組み込んだコンタクトレンズ開発を発表しましたGoogle Blog: Introducing our smart contact lens project

どんなコンタクトレンズになるのかは不明ですが、太陽電池と、LED、半透明ディスプレイとレンズを組み込んだコンタクトレンズというアイデアもあります。

太陽電池やディスプレイを組み込んだコンタクトレンズ


コンタクトレンズに、人体に無害な電子回路を組み込む技術は2008年にワシントン大学が開発しています。

下の写真は、実際にウサギの目に装着した「シングルLEDピクセル実装コンタクトレンズ」です。

ウサギの目でLEDが輝いています。

ウサギの目に光るLED実装コンタクトレンズ

スマートコンタクトレンズは、まだ開発中ですが、スマートウォッチやワイヤレス活動量計が多数発表、発売されているので並べてみました。

製造元 製品名 発売
時期
Bluetooth 最大
連続使用
価格
Fitbit Fitbit One 13年3月 4.0 LE 5~7日 ¥9,980
Fitbit Fitbit Zip 13年3月 4.0 LE 6ヶ月 ¥5,480
Fitbit Fitbit Flex 13年7月 4.0 月額525円
Misfit SHINE 13年9月 4.0 LE
Class 2
4ヶ月 ¥14,800
NIKE NIKE+ FuelBand SE 13年11月 4.0 LE 5~6日 ¥15,000
Wellograph
Wellograph 14年4月 4.0 LE 2週間 $320
LG Lifeband Touch 14年1H 4.0 LE $179.99
東芝 ムーヴバンド 14年1Q 4.0(BLEは末対応)
Class 2
4~5日 ¥9,576
Garmin Vivofit 14年1Q 4.0 LE 1年 $130
Razer Nabu 14年1Q 4.0 LE 7日 $49
Trinity UP24 by Jawbone 国内販売
予定なし
4.0 LE 7日 $149.99
SONY SmartWatch 2 SW2 発売中 3.0 3~7日 ¥14,800
Trinity UP by Jawbone 発売中 10日 ¥13,800
SONY SmartBand SWR10 未公表 5日


smart-device.png

こうした機器の中身は電池がほとんどです。

SHINEの中身


Bluetooth 4.0 LE

Bluetoothの低消費電力仕様、Bluetooth 4.0 LE を使った製品が、上記の製品のほとんどで採用されています。

低消費電力化が進んで、最大連続稼動期間4ヶ月、6ヶ月、1年といった製品もでてきています。

BLEでは省電力で電池長寿命化のために様々な工夫がされています。


  • 電波帯域をゆったり使って省電力
    Bluetoothで使うGFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)は、ガウシアン・フィルタでフィルタリングして占有周波数帯域幅を狭くしたFSK方式です。
    占有帯域を狭くするすることにより、ISM帯に1MHz間隔で79チャネルを詰め込んでいます。BLEでは2MHz間隔にゆるめています。
    間隔がゆるいので、各チャネルの占有帯域幅が広がっても隣接チャネルと干渉しません。
    そこで、Modulation Index(変調指数=帯域÷被変調波)を0.5(V2.1では0.35)にして省電力化しています。
    変調度が0.5だとなりあうシンボルに対応する搬送波位相偏移が90度(π/2)になるため、同期検波や遅延検波が使え、復調しやすくなります。

    ビットレートが同じ場合、変調指数が大きいほど占有帯域幅が拡がるので、周波数の利用効率は落ちますが、SN(信号対雑音比)は向上します。

  • 探知をシンプルにする
    他のデバイスに自分の存在を伝えるためのチャネルを3チャネルに減らしています。
    BLEでないBluetoothは32チャンネルを使ってアドバタイズしています。
    32チャンネルをスキャンする時間は22.5msecです。
    3チャンネルだけのスキャンでい良いBLEは1.2秒以内にスキャンが完了します。
    近傍のBluetoothデバイス探知を10分の1以下時間で完了するので消費電力が減ります。

    アドバタイズに使えるチャネルが3つに減らしたので、干渉を受けていないチャネルを探すことが困難になるような、2.4GHz ISM帯を使う機器が周囲に多数あるような混雑した環境では、干渉に弱くなります

  • 通信時間を短くする
    データパケット長を8-27octetにしています。
    コネクション設定シーケンスをシンプルにし3msで確立できるようにもしています。
    通信時間が短くなると、送信電力が抑えられるだけでなく、発熱も抑えられます。
    発熱による物理特性の変化を補正するための電力消費も抑えらます。

なお、Bluetooth 4.0 LEは、「Bluetoooth Smart」ないし「Bluetooth Smart Ready」と標記するようBluetooth SIGが決めています。

BLEだけに対応する場合は「Bluetoooth Smart」、BLEでないBlutoothにも対応できる場合は「Bluetooth Smart Ready」です。

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