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センサ(Sensor)の作り方 黒瀧 悠太 / GMO PEPABO inc. 2022.01.20 K-Ruby#28 LT&もくもく会 1

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2 自己紹介 SUZURI事業部　 黒瀧 悠太 Kurotaki Yuta ● SUZURI https://suzuri.jp/ ● 横浜国立大学大学院理工学府博士後期課程にて ウェアラブルデバイスの研究を行っている ● たまに鹿児島に現れます ● Twitter : @kurotaky

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3 アジェンダ 1. 今日話すこと、何が学べるのか？ 2. センサ(Sensor)とは 3. センサの作製プロセス 4. まとめ

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4 1. 今日話すこと

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今日話すこと 5 ● センサにも色々な種類があります ● 今回は最近自分が作っている生体計測のための筋電位センサを作ったときの経験を元に お話します ● EMG(ElectroMyoGraphy)センサとも呼ばれます センサの作り方 https://www.switch-science.com/catalog/2682/

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6 今日話すこと ● センサを作るための基礎知識を身につける ● 作製工程のイメージを持つことで、市販のセンサの中身がどうなっているのか想像できるよ うになる 今日学べること

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7 2. センサ(Sensor)とは

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8 センサ(Sensor)とは 物理的、化学的現象を電気信号やデジタルなデータとして扱うことができるもの 家電、スマートフォン、カメラ、ロボット、自動車など様々なところで活用されている 人間にも視覚・聴覚・味覚・嗅覚・触覚など様々なセンサが備わっている センサ(Sensor)とは？ センサ 物理的・化学的現象 データ

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センサ(Sensor)とは スイッチサイエンスで検索 センサにも色々種類があります 9 https://www.switch-science.com/catalog/list/13/

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10 センサ(Sensor)とは 市販にあるセンサを買って使えば、ある程度のことは実現できる しかし、もっと小型化したい！軽量化したい！自分の用途にあったセンサを作りたい！という時も ある センサを自作できると、例えばウェアラブルデバイスなどで作りたいものがあったときに表現の幅 が広がると私は思っています 今回は、短い時間ですがセンサを作るための一連の流れを見ながら、ツールとプロセスについて 概要を理解していきましょう どうやって作るのか？作れると何が良い？

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11 3. センサの作製プロセス

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12 センサの作製プロセス 企画 アイディア 設計 プロトタイピン グ 実装 検証 テスト 評価 ざっくりこんな感じ

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13 ● 対象を決める ○ どのようなもの・ことを測りたいか ● すでに作られているセンサを調べてみる ○ 仕様書を見る ○ 本・論文・YouTubeなどの情報源から調べる ● 利用シーンから考える ○ 椅子への着席を検知するには？ ○ 体調の良さを測るには？ 企画・アイディア

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14 企画・アイディア (いろいろなセンサがある) はじめてのセンサ | テクニカルスクエア ｜丸文 より

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15 筋電位を計測したい場合は？ ● 電極を皮膚に当てるとできる ● 回路はどうするか？ ○ 生体信号は微小なものだから増幅が必要らしい → オペアンプ使う ○ ノイズがのるらしい → フィルタ回路を作る 設計していく

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16 回路図設計 EMG sensor archive - Yoichi Nagashima https://nagasm.org/ASL/mbed/fig4/nagasmEMG.jpg より はじめはペンと紙で書いてみる この回路は公開されている EMGの 回路設計図 抵抗 オペアンプ コンデンサ

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17 回路図のシミュレーション、波形の確認ができる LTspice https://www.analog.com/jp/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

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18 ブレッドボードで設計した回路を確認 ↑ ブレッドボードと各部品を配置している ↑ オシロスコープで波形を確認する

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19 ● 部品の調達をする ○ RSコンポーネンツ、モノタロウ、マルツなどなど ● 基板を作製する ○ PCB基板 ○ 感光基板 (エッチング処理) ● はんだづけ ○ はんだごてで部品をつける ○ 機械を使って部品をつける (ダイボンダーなど) ● 動作確認 実装

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20 部品の調達 (RSコンポーネンツ)

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21 部品の調達 (モノタロウ)

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22 基板の作製 (EAGLEの例) 回路図を書いて、ボードのデザインをするソフトウェア ERC(Electrical Rule Check) や DRC(Design Rule Check)もできます KiCadもおすすめ!

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23 直感的 視覚的にわかりやすい 基板の作製 (Fritzing)

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24 自分で作る場合 現像液とエッチング液の扱い注意 (目に入らないように気をつけて) 基板の作製 (感光基板) https://www.marutsu.co.jp/contents/shop/marutsu/mame/60.html

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25 データを送信して発注する お金はかかる 大量に作りたいときにもおすすめ 基板の作製 (プリント基板, PCB)

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26 Seeed Fusion

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27 基板の完成! PCB 感光基板

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28 検証・テスト (はんだで部品を載せて動かしてみよう!) https://handa-craft.hakko.com/

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29 ● 期待通りに動くか確認する？ ○ だいたい動かない... ● テスターやオシロスコープを使いながら確認しよう ○ 導通チェック、期待した波形が出力できているか確認 評価 EMGセンサを3つ 作ったよ

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30 ● 色々作るのは楽しいけど、怪我とか事故には気をつけましょう！ ● 生体計測をするときは電気ショックに注意。人間に電撃を与えないように気をつけましょう！ (JIS T 0601の規格にも定められている) 安全第一

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31 4. まとめ

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32 センサ(Sensor)とは ● EMGセンサを例として、センサ作製プロセスの概要を紹介 ● センサを作るために活用されているツールを紹介 ● 安全第一! ● 鹿児島Ruby会議02やりましょう!!! まとめ