計測自動制御学会東北支部第265回研究集会（2011．6・28）
資料番号265−9

センサネットワークによるアロマセラピーシステムの検討

Investigationofaromatherapy◆systemsusingasensornetwork
O澤口千紘＊，久慈憲夫＊OChihiroSawaguchi＊，NorioKuji＊＊八戸工業高等専門学校＊HaIChinoheNationalCollegeofTechnologfy
キqワード：アロマセラビ・L（alrOmatherapy），無線通信（wirelc5日COmmunication）．センサネットワーク（sensornttwoI七〉l：L＝おいセンサ（odorsensor），脳波（brainwaves）

連絡先：〒仁39−1192 八戸市田面木字上野平16−1八戸工業高等専門学校 電気情報工学科
久慈富夫，Tel・：（＝78．）27−72邑8，Fax・：（O178）27−7288，E−mail：kujトe蝕achinohe・−Ct．aC．jp

そこで我々はこれらを解決する方法として、センサ

1．はじめにネットワーークを用いたアロマセラピー・システムの検討を行った。センサネットワークを用いることて、．脳現代はストレスの時代であり．心の癒し（リラク波による心の状態の監視、部屋の各所の匂いの分布のゼーション1を日常的に行う方法が求められている。

計測、計測に基づいたアロマ発生源の最適制御が可能

音楽や照明の色に心の癒しの効果があることが指摘され、その効果にて1いて評価が混められている1．）。になる。本稚告では、これらの要素技術を検討し、プ一方、手軽でよりリラックス効果の高いリラクゼーーロトタイプシステムを構築したので、報告する。

ションの方法として、アr⊥マセラピーー・が注目されてい2．基本構想る叛アロマセラピーに用いる替りには、体全体の自律神経の働きを整える作用が期待でき、リラックス

本システムの基本的な考え方は、脳波測定器により効果があるといわれており、様々な香りの心への影響心のリラックス状態を判定し3）、脳波の状態に対応が調べられている。しかし、香りの数は膨大な数に上して発生するアロマを決定し、アロマの発生を自動制り、専門家でないと匂いの選択ができない問題があ御することでリラックス効果を確認することにある。

る。また、心の状態に合わせた匂いの発生は自分で行システムの基本構想をFig．1に示す。まず、脳波測定

うしかなく、心が沈んだ状態の時にそのようなことを器の測定データをセンサネットワークの子機を介し行うことは負荷が大きい。また匂いを発生させてもて、解析用PCに送る。PCでは脳波の状態を解析

部屋全体で不均等な拡散となり、仕事時に室内でのしアロマランプをオンオフするタイミングを決める。

移動を伴う場合に心の癒しを期待することは難しい。

PCよりセンサネットワークを介してアロマランプ−1−

をオンオフし、アロマの発生を制御し、癒し効果を得

3．2 脳波測定器の携帯化る。これを実現するには、1）アロマオイルの匂いによる癒し効果を計測し脳波との関係をデータベース

脳波測定器の携帯化のため、BlueToothにより無線化すること、2）アロマランプをセンサノードにより通信が可能なNeuroSkyのFig．3（a）のMindSet使用制御する方法を実現すること、3）匂い拡散を計測しした。MindSetはヘッドフォン型になっており、左耳かつシミュレーションすることで、匂いの拡散を最部分とセンサーアームの先端についている金属端子に適化すること、4）移動の自由度を保った脳波測定をよって左耳と額の電圧差を読み取り、脳波を解析する行うため脳波測定器を携帯化できうこと、が必要で装置である。このMindSetとセンサノードを用いてある。

センサネットワークを構成した。概要図をFig．3（b）に示す。脳波測定器で脳波を測定し、BlueToothを解析用PC

脳波別売器
嬢

通して測定データをPICマイコンに送信する。そしさ

一て、PICマイコンからセンサノードを介してパソコンにデータを送信し送られてきた測定データを解析＿蝕l」

一二するという仕組みである。

藤ニフ
祇ノ一

・一巻・に番いセンサ
アロマうノブFig．1全体構成
巳Iuetooth

曝鹿野

3．実験システム

MlndS8t

3．1 センサネットワーク

・／1ノ PC（MZCAZ）P】C16F87こi

センサネットワ・−−クは、市販センサノードMote（クロスボー社）を使用し構成した。子機と親機の外観（a）㈲

をFig，2に示す。Zigbee無線タイプで無線周波数2．4GHzであり、10m以上の距離からの通信が可能でFig．3 脳波測定器の携帯化（a）脳波測定器の外観ある。

（b）センサネットワークとのインターフェーース図

3．3 アロマ発生制御及び匂い測定
脳波測定器により取り込んだ脳波の状態に基づいてアロマランプをオンオフを制御する回路を開発した。アロマ発生制御回路の外観をFig．4（a）、アロマポットをオンオフする機構をFig・4（b）に示す。セン（a）子機（MICAZ）（b）親機

サノードはSo氏8augh社のDZ1611を使用した。
パソコンからRS232Cを通して親機にアロマポッ

Fig、2 センサノードと基地局トをオン信号またはオフ信号を送信する。アロマオー2−

イルに接続しているセンサノードに信号を送り、アロ1に保存しておく。また、鎮静効果と興奮効果を促すマポットをオンオフする。この回路により、センサー2つのアロマオイルを発生させた時の脳波データをド子機による制御が可能であることを確認した。ま

個々の情報としてあらかじめデータベース2に入れた、においセンサを内蔵したにおい測定回路を用いてておく。（鎮静効果を促すアロマオイルをアロマ1、においの測定も行った。においセンサは感ガス素子

興奮効果を促すアロマオイルをアロマ2とする）。までにおいを検知するTGS2450を使用する。パソコンず、測定した脳波のデータをパソコンに送る。データからプログラム開始の信号を読み取り、においセンサ

ベース1を参照しα0β0∂0と測定データのαββでにおいを計測、パソコンに値を表示する叶っ同時を比較し発生させるアロマオイルを決定する。α＜に、アロマポッドの電球のオンオフ制御を行いアロマ

α0かつβ＞β0の時は沈静効果を促すアロマ1を選オイルの蒸発の度合いを制御する。測定の際、電球が択し、α＜α0かつ∂＞β0の時は興奮効果を促すア

熱くなりすぎて破損してしまわないよう、オン時間：ロマ2を選択する▼、選択したアロマをデータベース

オフ時間を5秒：3秒で軋定を行った。

2にて参照し発生するアロマオイルを検索する。

（a）概観

（b）機構

Fig．4 アロマ発生制御回路

Fig．5 アロマオイル選択の概要図

3．4 匂いデータベース
癒し効果を評価するために脳波の測定器を用いる。

4．匂いの脳波への効果の評価

脳波に含まれる下記の周波数成分により、心の状態をデータベース化のため匂いの脳波への効果のデータ推測する。

収集を行ったっアロマオイルはピーチ（桃）、オーキッ∂波（4〜6Hz）深いリラックスの浅い睡眠状態

ド（蘭の花）、ジャスミン（モクセイ科の花）の三種類
α波（7〜14Hz）瞑想・集中状態を用いる2）L〕アロマオイルの発生は、アロマキャン

β波（15〜23Iiz）不安で集中できない状態

ドルによるキャンドル式芳香拡散法により行う、。測
匂いを発生していない状態で測定する平常時の脳波定には、能力開発研究所製のBrainBuilder Unitをの値を100とし、匂いを発生させた時の脳波がどう変使用する。パソコンのシリアルポートに接続し、脳波化するかを測定し、それをデータベース化していく。

センサーバンドについている電極を額に接触させ脳

アロマオイル選択の概要図をFig．5に示す。前準備と波を分析する。なお、この測定器は脳波だけでなく筋して、匂いを発生していない状態での脳波（αβ∂）

電図計測回路を含んでいる。測定場所は、遮光カーテをα0β080として個人個人のデータをデータベース

ンで四方を囲んだ部屋の一角であり、被験者は3人
−3−

憎

ト1．

（A，B，C）である。測定方法は以下の手順で行う。
脳波測定器のセンサーバンドを頭にイヤークリッ

ロA平常時

プを耳に装着する。 アロマキャンドルに、水3：アロ∧アロマ
ロB平常時
D8アロマ
ロC平篤時

ロマオイル2の割合で垂らして、キャンドルに火を下から熱する。 平常時とアロマオイルを焚いた状態とでそれぞれ3回ずつ測定し評価する。平常時とβslα〟α mldα f■8亡αβ

アロマオイルの脳波を比較したグラフを、Fig．6に示（a）ビーチす。ピーチの脳波は、3人とも∂波α波β波共に平常ハリ時より減少しているウ オーキッドの脳波は被験者B

RU
6とCは∂波・α波・β波共に減少している。しかし被2nU▲b仙仙ぺ昏倒謹一也▼

加した。ジャスミンの脳波は、被験者AとBは∂波・．ヰ

験者Aはβ波が減少しているが針波・Slowα波が増▲・α波・β波共に減少している。被験者Cは∂波・Slow−︵Uα波は減少しているが他はほとんど変化ない。被験8 slowα ¶jdlご ね虞α β

者Aのオーキッドと被験者Cのジャスミンでは、全て（b）オーキッドの脳波が減少しなかったが、個人差のためと考えられ∩︼が、3人中2人に同じ傾向が見られることから脳波へ

8訂敏ヤ凍鋸甘乳∴諸㍉㌃牒頼れダ叩㌧∴㌧18る）今後、被験者を増やして更に検証する必要がある∈喜…≡器2■U

いて匂いデータベー・▼ スの製作を検討した。測定デーAT仙舶来e登盗の効果があったといえる。今回測定したデーータを用自タの平常時の脳波を100とした時、アロマオイルを6▲Tたいた状態の脳波の割合をそれぞれの脳波ごとにま2とめたものをT白。ble．1に示す。変化の割合が大きい∂ s】owα l¶Fdα fa或α β︵Uアロマオイルがリラックス効果の高いアロマオイル（c）ジャ■スミン

だとすると、被験者AとBはジャスミン、被験者CはFig．6 脳波の比較ピーチが適していると判断できる。また、変化の少なする。

かった被験者Aのオーキッド、被験者Bのピーチ、被験者Cのジャスミンは適さないアロマオイルだと思∂2祝（∬，y，f）．∂2可∬，封，■ま））（1）∂ご2軸2鋸（J，封，亡）
∂壬

われる。

差分解法を用い、横方向をi、・縦方向をjとすると、拡

5．におい拡散シミュレーション

散方痙式は次式で近似される。

5．1シミュレーションプログラム

叫，j（け1）＝叫，招）十αにおいの広がりを最適化する手段として、エクセ（帰潮＋町ゴ（ま）

十恥什1（り＋町卜1（り−4叫．ブ（吉））（2）

ルのVBAを用いてにおい拡散シミュレータを製作した。部屋をメッシュ分割し下記の拡散方程式を用

周囲に壁がある場合、の境界条件として、下記の変い、においの濃度u（Ⅹ7y，t）を二次元シミュレーション

形を行う
ー4−

脳波の割合Table 1β87967 6 ⁝α8991 7 2（a）ピーチ（b）オーキッド

0
ごU

︻ぎ﹈咄礫

（c）ジャスミ／∩︼4

・上方の壁 ヤi，j−1（り＋㍑皇，．ノ→−1（よ）￣う2叫汁1（亡）・下方の壁 祝よ，J山1（士）＋机り十1竜′f）−→2町汁1（士）nU
2・右方の壁 ㍊乞，J【1（ま）恒j・i，汗1（r）・う蝕揖＋1（f）

n︶・左方の壁 町仁1（￡）＋町汗1（≠卜う2叫ゴ吊（り1800

3600

5ヰ00

時間〔秒】

Fig、8 拡散係数の違いと実測値

5．2 拡散係数の推定
シミュレ、−ションと実験データの対比のため、レモ

5．3 形状の違いによる拡散効果
ンのアロマオイルを用い■て匂いの測定を行った。ア
ロマ発生位置から10cm串さい場所i・こにおいセンサを5−1の方法により、周りを壁で囲んだFig．9の部設置し測定を行った。徐々に増加し約36川〕秒で飽和屋を想定しシミュレーションを行った。シミュレー

した。拡散係数を推定するたれ 高さ方向を考慮しション条件は以￣Fの通りである。

た部屋の断【面図（Figて）を想定し鉱撒係数廿0nlか●測定時間：1時間（3600秒）

ら0．01の時のシミュレーションを行い、実測値を比●アロマオイルの数：1〜4個（A，B，C，D）

較した。結果をFig．8に示す。このグラフより、拡散●測定箇所：5箇所（①〜⑤）係数を大きくするほど飽和までの時間が長くなることがわかる。実測値は、実測結果の最終値を100と中央に仕切りのある場合と仕切りのない場合、アロして値を計算し直し5分ごとの平均を求めてグラフ

マオイルの配置個数を1個から4個まで増やした場

化してる1実測値とシミュレ￣ヨン結果を合わせ合でそれぞれ測定した。濃度90％に達した時の時間

ると、拡散係数が0．002の時らモ最もよく両者が一致しをまとめた結果をFig．10に示す。個数を増やすほどた。これにより、測定を行ったレモンのアロマオイル濃度90％に達する時間が早くなった。また、個数がの拡散係数は約0．002であると推定した。5−3以降で4個の時は、濃度が90％に達するまでの時間が一番は拡散係数を0．002としてシミュレーションを行う。

長かった①（壁なし）の場所で424秒、一番短かった③（壁あり）で287秒で、差は137秒であった〕これに対し、個数が1個の時は、濃度が90％に淳するまでの時間が一番長かった⑤（壁あり）の場所で2274秒、一5−￣番短かった②（壁あり）で1389秒で、差は885秒で変更してシミュレーションを行なった結果、デューあり、個数が少ないほど測定箇所によって時間の差がティ比を小さくするほど飽和した時の濃度も低くなあることがわかった。飽和している1800秒〜3600秒

数、測定箇所による違いをシミュレーションすることの間の濃度の平均を取り（これを飽和濃度とする）、で、部屋の形状効果を評価できることが分かった。

デューティ比との関係を表したものをFig．12に示す。
この結果より、デューティー比と濃度が比例関係にあ■溜嘲疇

り、ランプの点滅を調節して選ぶことによって、匂いの濃度を制御できることが分かったや

蒋
0逓LnO

ハリ

7

ミ■0︑b5∩リ

形屋部4nU﹇蓋世哩J．し．
FウリOハリ2・−OOn︶︵U︻怠︼直営﹂■﹈﹂︵U8﹁仁†﹁卜0n−AT
2②壁あり
③壁なし
②壁あり
＆璧なし

Fig・11時間間隔と濃度の関係（on／0庁＝1）

上 ④壁あリ
一【唱）牽なし
＿＿＿

環馳i

02周

021個

∩︶一■⁝

OL‑‑‑‑‑
3偲0︵U＜U健禦足袋nO

Fig．10 濃度90％地点グニ、時間の比較

氏U
425．4 加熱ランプの点滅効果
乞封、発生量を制御するため、加熱ランプのオンオ「

0．20．40．60．8

デューティ比時間のデューーティーー比を変えることの効果を評価した。デューティー比Dは、
β＝Fig．12 デューティ比と飽和濃度の関係

／くルス幅

オン畔幣

周期

オン時間＋オフ時間（3ノ6．考察で表している。四限のますにアロマオイルを配置し中央を測定箇所とし、On／0圧＝1（p＝0・5）で固定し、周シミュレーションでは、部屋を11メッシュ分割し期を5秒〜120秒まで変えてシミュレーションを行った部屋を想定してシミュレーションを行った。このた。結果をFig．11に示す。時間間隔を狭めるほど濃11メノッシュ分割の精度を評価するため、3メッシュ分度の変動が小さくなった。変動が1％以下となった1

割、5メシシュ分割、21メッシュ分割、33メッシュ分〜10秒内で時間を変えるとし、On／0仔を1〜10まで害りと比較した。時間が180秒の時の濃度とメッシュ−6−幅の関係をFig．13に示す。メッシュ幅を大きくする
参考文献

ほど濃度40％に近づいたことから、180秒の実際の濃度は約40％と思われる。この濃度とそれぞれの

1）中村達郎、今野紀子、島田革正、宮保憲治『1／fメッシュ幅の濃度の誤差は、3メッシュ分割で150ゆらぎを適用した癒し環境空間の検討』電子情％、5メッシュ分割で108％、11メッシュ分割で50

報通信学会ソサイエティ大会講演論文2007年％、21メッシュ分割で20％、33メッシュ分割で52）佐々木薫『アロマテラピー図鑑』主婦の友社％であった。実際のシミュレーションで扱っていた

3）一井亮介、前田陽一郎、高橋泰岳『脳波特徴抽出

11メッシュ分割は誤差が50％と高めであったが、エを用いたリラクゼーション効果測定手法』日本

クセルのVBAではメッシュ幅を大きくするほどシ

知能情報ファジィ学会

ミュレーションの時間がかかりすぎてしまうため、114）後閑哲也『基礎入門センサ借用の素』技術評

メッシコ分割とした。今後は、メッシュをさらに細か論社くするためC言語によるシミュレー・タの高速化も検討したい。

O7O

6︻ぎ︼髄鞘︹U84n︶5︵U0510 i5202530

メッシ⊥分割扱

Fig．1こi メッシュ帽による違い

7．ま′とめセンサネットワークを用いたアこ1マセラピーーシス

テムを実現するため、匂いの脳波への効果の計測とデータベース化の檎討、アロマランプのオンオフ制
御、脳波測定器の携帯化、匂い拡散シミュレータの製作一評価を行った。シミュレーションにより、部屋の形状による拡散効果の違い、デューティ比の変更によるにおいの濃度調整が行なえるという結果が得られた〔

ー7−