息子のためにT1Dスマートウォッチを自作

 (andrewchilds.com)
8 ポイント 投稿者 GN⁺ 2025-01-31 | 1件のコメント | WhatsAppで共有

背景

  • 9歳の息子が1型糖尿病を患っており、膵臓が常に手動モードで動いているような状況にある。
  • 健康な膵臓はインスリンとグルカゴンを生成して血糖を調節する。
  • 1型糖尿病の患者はこうした調節機構なしで血糖を管理しなければならず、低血糖は治療しなければ緊急事態になり得る。
  • CGM（持続血糖モニタリング）やクローズドループ型インスリンポンプのような技術は役立つが、警告音が頻繁に鳴るという問題がある。
  • 血糖データを頻繁に確認しなければならない負担があり、これを減らす方法を探したかった。

「なぜApple Watchを買わないのか？」

  • Apple Watchは子どもにとって機能や通知が多すぎ、学校での集中を妨げる可能性がある。
  • CGMデータを信頼できる形で表示してくれない。
  • シンプルで信頼できるデバイスが必要だった。
  • 多くの親がApple Watchではなく、機能を絞ったシンプルなデバイスを求めている。

製品要件

  • 学校で息子の邪魔にならないシンプルなデザイン。
  • 校庭での活動に耐えられる耐久性。
  • 信頼できるCGMデータの提供。
  • 重要な瞬間に触覚フィードバックを提供すること。

プロセス

初期のブレッドボードとモジュール

  • M5Stickデバイスを使ってCGMデータを表示しようとしたが、バッテリー持ちが悪く、防水性も不十分だった。
  • AdafruitとSparkfunのモジュールを使って、Arduinoソフトウェアと主要部品を接続した。

最初の大きな障害: 信頼できるBLE接続

  • Dexcom APIから最新データを取得するiOSアプリとの信頼できるBLE接続を構築するのが難しかった。
  • スマートウォッチが5分ごとにiOSアプリへ接続し、BLE読み取りリクエストを実行する方式で解決した。

カスタムPCBへの飛躍

  • Fusion 360を使って3Dモデリングを学び、カスタムPCBを設計した。
  • KiCadを使って電気工学の基礎とPCB設計ソフトウェアを学習した。

驚き! 触覚モーターは手ごわい

  • 触覚モーターは抵抗値が異なるため、性能が一定しない。
  • ERMモーターを使って、血糖のトレンドに応じて素早くタップする通知を実装した。

ディスプレイの選択肢

  • 1.69インチ 240x280ピクセルのTFT IPSディスプレイを使用した。
  • タッチスクリーンを搭載しないことで、プロジェクトを単純化した。

ケース製作と仕上げ

  • Fictivを通じてケースを製作した。
  • MJFプロセスにより、耐久性のあるナイロン素材で作った。

PCBの反復

  • 9つのPCBバージョンを開発し、必要なスペースを満たすために4層PCBへ移行した。
  • BMA400加速度計を追加し、活動追跡とデバイスの装着有無の検出を行った。

カスタムガラス製作

  • 中国の工場でカスタムガラスを少量製作した。
  • OCAフィルムを使ってガラスとディスプレイを貼り合わせた。

組み立ての問題

  • ケースのサイズと使用要件のため、組み立ては難しかった。
  • TFTディスプレイの光漏れを防ぐため、正確な位置合わせが必要だった。

Arduinoのセキュリティ問題

  • ESP32ベースのファームウェアを保護するために、Flash EncryptionとSecure Boot v2が必要だった。
  • Arduino IDEはこれをサポートしていない。

最終ボス戦: バッテリー寿命の最適化

  • ほとんどの時計は約3日のバッテリー寿命だったが、息子が使う時計は6〜7日のバッテリー寿命を実現した。
  • バッテリー寿命を最適化するためにさまざまな方法を試したが、明確な解決策は見つからなかった。

学んだこと

  • ハードウェア開発は楽しいが、挑戦的でもある。
  • プロトタイプから製品への移行は大きな挑戦だ。
  • PCBの設計と製作は実現可能であり、JLCPCBを通じて安価に作れる。
  • 現代のスマートウォッチの小売価格は、技術や研究開発に比べて安い。
  • ハードウェアプロジェクトを継続するには、部品の更新が必要になる。

結論

  • 息子とともに6か月間この時計を使い、学校生活における血糖への意識向上に役立った。
  • ハードウェアR&Dについて多くを学び、これはソフトウェア開発とは異なる挑戦だった。
  • ハードウェアのプロトタイプを作るのは難しいが、本当の難しさは製造、ビジネス関係の構築、市場投入、そして長期サポートにある。
  • GlowcoseとSugarPixelの開発者たちに大きな敬意を表したい。
  • オープンソースの形でプロジェクトを進める可能性を検討している。

関連記事

1件のコメント

 
GN⁺ 2025-01-31
Hacker News のコメント

  • 驚くべきエンジニアリングの仕事だ

    • 長期間にわたって電源を完全に遮断する問題は解決可能だ
    • マイクロコントローラが回路全体を完全に遮断でき、ボタンのようなものが電源を再び入れるまでほとんど電力を消費しない
    • プロトタイピングを容易にするために使える既製品がある
    • SparkFun のスイッチのような高度なソフト電源スイッチ回路には、ボタン操作で誤動作したデバイスを強制終了できる機能が含まれている
    • SparkFun スイッチの設計では、デバイス動作中にボタンが押されたかどうかをマイクロコントローラが認識できるため、既存のボタンを再利用して、デバイスの電源が切れているときに電源を復帰させられる
    • デバイスは、一定時間非アクティブな状態が続いたり、バッテリー残量が低すぎたりした場合に自動で電源が切れ、ユーザーがボタンを数秒長押しして完全に電源を切ることもできる

  • xdrip プロジェクトの主要開発者がカスタム時計を発売した

    • Reddit に開発者の投稿があり、その時計は購入可能で xdrip と統合できる
    • 昔は尿サンプルを採取し、化学薬品を垂らしてブドウ糖の量を確認していた
    • 今はカスタムソリューションを構築していて感嘆する
    • インスリンとの合成シグナルにおける新たな発見が、生物学的な解決策につながることを願う

  • Apple Watch に独自ファームウェアをプッシュできる権限があれば、ソフトウェアで解決できただろう

  • 自分のプロジェクトを通じて似たような結果を得ようとしており、関連内容をブログに書いた

    • より多くの人に提供できる道筋が見つかることを願う
    • 助けが必要なら知らせてほしい

  • OCA ラミネーターはなかったが、鋳鉄製のトルティーヤプレスを使った

    • 息子さんの健康を正確に追跡でき、それが続くことを願う
    • Apple は、バッテリー寿命とデバイスの円滑な動作のために、やりたいことを実現しにくくしている

  • 最初からすべてを構築したのは驚くべき仕事だ

    • PineTime のようなハック可能なデバイスを使ったり、安価なフィットネストラッカーをハックしたりする方法も検討できる
    • ゼロからデバイスを作るのは大きな達成だが、ほかの人が試すなら、もっと簡単な方法から始められるかもしれない

  • TFT ディスプレイの前にガラスをただ置くだけだと、低予算の Android スマートフォンのように見えるかもしれない

    • トルティーヤプレスを使った DIY の方法について、さらに詳しい情報を求めている

  • 健康管理や結果の改善につながるエンジニアリングに強い思い入れがあり、十分な投資が行われていないと感じる

    • 資金提供を受けられることを願う