ナノコン応用コンテスト2023

学生生体情報可視化システム
Cute Biometric Visualization System

東芝テック株式会社技術戦略部リサーチ＆デベロップメントセンター
杉山顕人・ 韓磊
2023.09.29
開示範囲

ナノコン応用コンテスト限り

情報オーナー部門長[本RDC]長© 2023 Toshiba Tec Corporation

Contents

01 解決したい社会課題
02 ターゲット顧客の定義と仮説
03 サービス機能の提案
04 実現したい機能の構造設計

05 ビジネスモデル
06 まとめ© 2023 Toshiba Tec Corporation2

01
解決したい社会課題© 2023 Toshiba Tec Corporation

3解決したい社会課題
子供の自殺は増加傾向にあり、小学生は家庭問題、中学生以降は学校問題が自殺の動機
不評の割合を除けば• 小学生(n=124人)

10~39歳の死因1位は “自殺”青：男， 赤：女• 家庭問題 37.0% 家族からのしつけ・叱責• 学校問題 21.8% その他学友との不和• 中学生(n=1,334人)• 学校問題 33.9% 学業不振、その他学友との不和• 家庭問題 22.2% 家族からのしつけ・叱責、親子関係の不和

児童生徒・学生の自殺者数は増加傾向• 高校生(n=3,236人)• 学校問題 33.4% 学業不振、進路についての悩み• 健康問題 21.3% うつ病
厚生労働省. 第３節 学生・生徒等の自殺の分析. 令和４年版自殺対策白書. (オンライン) 2022年. (引用日: 2023年9月1日.)
https://www.mhlw.go.jp/stf/seisakunitsuite/bunya/hukushi_kaigo/seikatsuhogo/jisatsu/jisatsuhakusyo2022.html.

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解決したい社会課題
身体の疲労や、ストレスを自覚し、メンタルヘルス対策が可能！
可視化することで…

心のサインを知り他者を理解する教育• 身体の疲労から適切な体力を把握• 人によってストレスの受け方は様々• ストレスから身体に出る特徴は傾向がある• 第3者が見える形にすることで心のSOSに気が付ける• 自身の疲労を自覚できる• 相談を行う話題作りに -> 孤独にさせない

体力残量を可視化

精神値を可視化

文部科学省. 児童生徒の自殺対策について(4頁). 生徒指導上の諸課題といじめ法.
(オンライン) 令和4年2月24日. (引用日: 2023年9月1日.)
https://www.mhlw.go.jp/content/12201000/000900898.pdf.
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02
ターゲット顧客の定義と仮説© 2023 Toshiba Tec Corporation

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ターゲット顧客の定義と仮説
子供にスマートウォッチは現実的か？

約2万円のスマートウォッチは保護者の負担が大きい
参考：Garmin vivosmartTM¥19,800

学校向けサービスの販売を仮説

学校が購入するメリット

利用者のデメリット• 生徒の体調をリアルタイムで管理• 生徒の相談に乗りやすい• 表面上ではわからない問題も可視化• 自身の情報を見せたくない• 面白くないし、すぐに飽きてしまう• 教員として気に掛ける項目が増える• いじめの原因になるかもしれない© 2023 Toshiba Tec Corporation7

ターゲット顧客の定義と仮説：製品の課題1
心のハードルが高くなっている学校という特別な環境下で強制することも可能だが…
-> 「データを見せろ！」 になっている。自ら見せたくなる仕組みが必要

直接的なデータはあまり見せたくないかも…

私のデータ見てほしい！

出典：human pictogram 2.0 (無料人物 ピクトグラム素材 2.0)
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ターゲット顧客の定義と仮説：製品の課題2
教員は多忙なため、児童・生徒・学生に割く時間があまりない
教員の労力を割かない or 教員以外が問題を解決する 仕組みが必要

授業以外にも事務作業等があり、生徒全員を気にかけることは難しい• データ把握の時間を確保できない• データを把握できても、相談の時間が取れない• 「自分も例に漏れず超過勤務は100時間超え」• 「疲れてくると目が霞(かす)んで生徒のが顔が見えなくなり、いじめに気付けないほどだった」＜引用文献＞
教員の長時間労働が原因で教員不足に 教育現場の実態 - NHK クローズアップ現代 全記録.
(オンライン) 2022年4月27日. (引用日: 2023年9月1日.)
https://www.nhk.or.jp/gendai/articles/4658/.
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ターゲット顧客の定義と仮説：解決案
キャラクターを導入。心のハードルを下げると同時にわかりやすい表示へ利用するのは成長性がある ”子供”-> 体力，精神のデータを元に、ともに成長するキャラクター
• キャラクターが感情を表現• 直感的に把握できる -> 生徒同士でも把握• 自身を客観視できる(もうひとりの自分)• 成長が楽しめる -> 生きる希望になる•

実装がものすごく大変

つまりどういうこと？

悲しんでいる?
なにかあったのかな

出典：human pictogram 2.0 (無料人物 ピクトグラム素材 2.0)

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03
サービスや機能の提案© 2023 Toshiba Tec Corporation11

サービスや機能の提案

1. 複数のパラメータから体調を管理1. 心拍数
2. 気温
3. 体温，湿度(汗)

2. 運動時のデータからシステムに反映
1. 加速度(歩数など)
2. 運動時間パラメータから残りの体力を表示!!

可視化

発話数から1日の活動や気分を判断!!

3. 発話からメンタルヘルス対策へ
1. 音声データ
2. 感情© 2023 Toshiba Tec Corporation

12既存の類似製品・サービス◆ vívosmartTM 4◆ 脈拍を測るリストバンド

出典：ボディバッテリー（Body Battery） | 最新の研究に基づく ガーミン ヘルスガイド | Garmin 日本

出典：「聞いてるふり」は通じない？ 集中しない生徒をリア
ルタイムで把握 教員からは期待、「管理強化」に懸念も(共同通信) - Yahoo!ニュース

精神的ストレスの測定不可
体調を共有できない

心拍情報を取られて不安に思う
生徒・保護者がいる

• 歩数
• 睡眠
• 心拍数
• 消費カロリー、体力残量• ¥19,800• 集中力をリアルタイム把握• どのタイミングで集中できたのかが分かる• ネット上にアップされ振り返りできる• 教員が確認して授業に役立てる◆ JINS MEMETM• 体の姿勢検知• 集中力検知• ¥19,800

出典：INS MEME | ココロとカラダのセルフケアメガネ

専用のアプリケーションが有料◆ MIMOSYSTM◆ RAMPS

出典： MIMOSYS（ミモシス）｜音声から病態を判別する技術｜PST株式会社 (medical-pst.com)

出典：精神不調アセスメントツール（RAMPS）を活用した高校生の自殺予防の実践例 (jst.go.jp)

感情分析するために、決まったセリフを発話する必要がある

生徒のアンケートをとる必要がある• スマートフォン・アプリ• 音声データのみ• 感情を管理• 心の健康を守る• Web APIあり• 政府が推奨する精神不調アセスメントツール• アンケート回答形式• 精神状態を把握できる• アプリなのでどこでも実施可能• 論文では予想外の生徒から希死念慮を得た結果あり© 2023 Toshiba Tec Corporation13

04
実現したい機能の構想設計© 2023 Toshiba Tec Corporation

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サービスや機能の提案

1. 複数のパラメータから体調を管理
1. 心拍数
2. 気温
3. 体温，湿度(汗)

2. 運動時のデータからシステムに反映
1. 加速度(歩数など)
2. 運動時間

3. 発話からメンタルヘルス対策へ

可視化

パラメータから残りの体力を表示!!

発話数から1日の活動や気分を判断!!

1. 音声データ
2. 感情© 2023 Toshiba Tec Corporation15

複数のセンサにより体調や運動量を計測
••

•

•

心拍数
•

「MAX30102」高感度パルス酸素濃度計・心拍数センサを利用•

血管で反射した光を検出することで心拍数を計測

気温，体温，湿度(汗)：•LeafonyTM「AI01 4-Sensors」を利用•

環境,体の温度と湿度を計測

MAX30102モジュール

加速度•

LeafonyTM「AI01 4-Sensors」を利用，心拍数データと連携•

運動時の歩数，激しさを計測•

運動時間：センサーからデータの変化区間を計測

AI01 4-Sensors音声・・・未実装•

LeafonyTM「AI03 MIC & VR & LED」マイクリーフ•

リラックス時／緊張時の音声データと心拍データをせて解析し、感情の分析を行う

AI03 MIC & VR & LED© 2023 Toshiba Tec Corporation

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モジュール設計
計測モジュール

可視化モジュール

AI01 4-Sensors

AP01 AVR MCU

加速度センサ

照度センサ

温度センサ

湿度センサ

MAX30102
心拍数センサRAMOLED
キャラクター

AI03 MIC
（未実装）

身体状態
© 2023 Toshiba Tec Corporation17体力値の増減
加速度、心拍数、温湿度の変化から体力の消費を計算し、体力残量を減らす

体力残量

装着イメージ

体力消費

体力残量

体力回復
出典：human pictogram 2.0 (無料人物 ピクトグラム素材 2.0)

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体力値の増減：計算式例
アメリカ国立衛生研究所により、12歳の男の子の平均1日のエネルギー摂取量は約1800〜2200(1600~2000)キロカロリー
1キロカロリー≈4.184ジュール
約7500〜9200ジュールのエネルギー量に換算
つまり一日に、約7500〜9200(6700~8400)ジュールの体力が使える＊ ()内は女子•女性(KJ)=((-20.4022 + (0.4472 x 心拍数) + (0.1263 x 体重) + (0.074 x 年齢)) / 4.184) x 60 x 時間(s)•男性(KJ)=((-55.0969 + (0.6309 x 心拍数) + (0.1988 x 体重) + (0.2017 x 年齢)) / 4.184) x 60 x 時間(s)1. 127名のボランティアから、身体データ、運動データを取得、計算式を開発
2. 他の17名のボランティア、計算式の有効性を検証

実験結果：サンプルの83.3%が正確
出典：cal_vs_hr_ref_paper.pdf (braydenwm.com)
Keytel LR, Goedecke JH, Noakes TD, Hiiloskorpi H, Laukkanen
R, van der Merwe L, Lambert EV. Prediction of energy expenditure from heart rate monitoring during submaximal exercise. J Sports Sci. 2005
© 2023 Toshiba Tec Corporation
Mar;23(3):289-97.

19精神値の増減
発話頻度などの音声データ、心拍数、及び湿度などから精神値を推測

精神値

装着イメージ

落ち込む

精神値

笑い声

出典：human pictogram 2.0 (無料人物 ピクトグラム素材 2.0)

心拍の間隔(RRI)

パワースペクトル密度（PSD）

LF/HF

PSDのLF成分の領域（0.05Hz~0.15Hz）、及びHF成分の領域（0.15Hz~0.40Hz）の強度を合計した値（積分値）を用い、 HF成分とLF成分を計算
参考文献：ストレス指標としての自律神経機能活性度 その２. ストレスと自律神経の科学. (オンライン) (引用日: 2023年9月1日.)
http://hclab.sakura.ne.jp/stress_novice_LFHF.html.

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05
ビジネスモデル© 2023 Toshiba Tec Corporation

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ビジネスモデル
レンタル方式で販売•買い切りだと高いため、学校の財布の口が堅くなる•

6年間 or 3年間 利用してもらえるならレンタル販売でも良い•

レンタルであれば中途解約可能であり、都合に合わせて対応できる• 想定価格：約¥15,000／台• レンタル費：約¥5,000／年 + 保守費© 2023 Toshiba Tec Corporation

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06
まとめ

© 2023 Toshiba Tec Corporation

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まとめ•

社会課題
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解決方法
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ネームプレート型ウェアラブル端末をLeafonyで構築
自分や他人の体力、ストレス状態を可視化し、メンタルケアを実現
体調をディスプレイ表示することで他人と共有できる

ターゲット顧客•••

子供の自殺の増加

購入者：学校利用者：学生（生徒）、教員

今後の課題•••

提案システムの効果測定
体力や精神値（ストレス）の数値化と検証
スマートウォッチ（心拍センサ）との連携© 2023 Toshiba Tec Corporation24

Garmin、vívosmart は、米国またはその他の国におけるGarmin社の登録商標です。
JINS、MEME、株式会社ジンズホールディングスの商標です。
MIMOSYS は、PST株式会社の商標または登録商標です。
Leafonyは、LEAFONY SYSTEMS株式会社の登録商標です。