Arduino Nanoで作るウェアラブル心拍ドレス：CrazyCircuitsとDFRobotセンサーで自信を持ってプロジェクトを構築

プロジェクト概要

このプロジェクトは、自作の花柄プリント生地を使ったドレスに、Arduino Nano、CrazyCircuitsのコンポーネント、DFRobotの心拍センサーを組み込み、心拍に合わせてLEDが点滅するウェアラブルデバイスを制作するものです。制作過程はHackaday.ioで記録されており、フィットネスやヘルスケア製品がリストバンド型に限定されず、美しいドレスや日常着にセンサーを埋め込めることを示しています。

使用部品と材料

• Arduino UNO ×1
• Arduino Nano R3 ×1
• Brown Dog Gadgets Crazy Circuits Robotics Board ×1
• Brown Dog Gadgets Crazy Circuits Sewing Deluxe Kit ×1
• DFRobot Gravity: アナログ心拍モニターセンサー (ECG) ×1
• DFRobot Gravity: 心拍モニターセンサー ×1
• Brown Dog Gadgets 導電性テープ ×1
• ミシン（汎用）
• Arduino IDE

制作プロセス

1. ベースレイヤーの制作

アパートの外に咲く好きな花を描き、ミンキ生地にプリントしました。この生地は非常に滑らかで柔らかく、これをベースにドレスを作ります。まずチュールを型紙で切り出し、ホルタードレスのベースレイヤーを縫製します。チュールとリボンの透明感が美しい仕上がりになります。

2. グラフィックの配置

花と人物のイラストを形に沿って切り出し、チュールレイヤーに一つずつ縫い付けていきます。この工程には多くの手作業が必要です。

3. LEDのテスト

CrazyCircuitsの大型LEDと縫製用の大きな穴が開いたコインセルホルダー、導電性テープ、テストボードを使用して回路をテストします。これらのコンポーネントにより、回路テストが非常に容易になります。実際の配置前に、LEDが生地を通してどの程度輝くかを確認します。

4. 心拍モニターの選定と実装

最初はイヤリング型のパルスセンサーを試しましたが、読み取りが不安定で脈波の形が不自然でした。そこでアナログECG心拍モニターに変更したところ、美しく動作しました。電極を体の3箇所に装着し、シリアルプロッターに表示されるEKG波形を見ながらコードの閾値を調整します。鋭い第1ピークのみでLEDを点滅させるか、第2ピークも含めて2回点滅させるかを選択できます。なお、CrazyCircuitsのArduino Nanoボードを使用する場合は、Old ATmega328P Bootloaderが必要です。

5. ソフトサーキットの縫製

回路テストが完了したら、導電糸で縫い付けます。コンポーネントの配置位置を決めるため、まずLEDをグラフィック上の希望位置にテープで固定し、その位置を紙にマーキングします。透明なチュールをインターフェイスレイヤーとして使用し、紙と一緒に縫うことで位置を転写します。チュールは薄手なので紙が剛性を与え、剥がした後は柔軟な回路になります。チュールは通気性があるため、導電糸が肌に触れてショートするのを防ぐため、さらにもう一枚の生地で絶縁層を設けます。

6. 回路の収納

電池ホルダーはやや大型で重いため、ドレスにポケットを設けて収納します。プリント層とベース層の間に隙間を残し、すべての電子部品と配線を隠せるようにします。

7. 仕上げ

スカート部分のチュールには、心拍連動LEDとは別に常時点灯の装飾用LEDを追加しました。導電性テープをチュールに貼り、導電糸でLEDと接続することで、柔軟で美しいソフトサーキットを実現しています。最後に花の装飾とジッパーを取り付けて完成です。

さらなる考察

中国のアート・カルチャーメディア「一条（YiT）」の取材を受け、この作品が紹介されました。STEAM教育について1時間半のインタビューを行いましたが、最終映像には約4分しか使われず、オープンソースや技術の民主化、科学・工学の推進といった重要なテーマが「技術的すぎて視聴者を失う」という理由でカットされました。中国での消費主義がメイカー文化の理解を妨げている現状があります（「買えばいいならなぜDIYするのか」「子供の課外玩具やコンペ用のイノベーション」と見なされる）。しかし、テック・ガーメント産業の発展には、科学研究、技術の一般利用可能化、教育を通じた民主化、エコシステム全体の協業が不可欠です。従来のアパレル企業とハイテク企業の相互学習、リーン製造による廃棄物と汚染の削減も重要です。Microsoft Garageのようなプラットフォームが草の根イノベーションを支える意義は大きいです。

豆知識

プロジェクト中盤にMake:がMicrosoft Garageで「Wearables Tech 101」ワークショップを開催し、このドレスをワークショップで学ぶスキルを実用的な衣服にスケールアップする例として使用しました。また、Matrix Labsのインタビューや、Hackster.ioのAlexによるメイカーズSunnyvaleツアーでも紹介されました。

回路図

DFRobot心拍センサーの回路図: https://www.dfrobot.com/product-1510.html

サンプルコード（PulseSensorライブラリベース）

/* PulseSensor Starter Project and Signal Tester */
int PulseSensorPurplePin = 0;
int LED13 = 13;
int Signal;
int Threshold = 550;

void setup() {
  pinMode(LED13, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  Signal = analogRead(PulseSensorPurplePin);
  Serial.println(Signal);
  if (Signal > Threshold) {
    digitalWrite(LED13, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(LED13, LOW);
  }
  delay(10);
}