ブレストで出たアイディアを絵にかきおこして可視化しました。

今までの作業を元に改めてテーマを考え直してみました。

深掘りしていくうちに竹害が一つの要因になっているわかりました。 竹害が起こることによって土砂災害や生態系の破壊が促進されてしまいます。 その問題を止めるためには森林整備が必要不可欠ですが、人手不足で整備が追いつかない状況にあります。また、若者が少ないという課題もあることがわかりました。 そこで私たちは学生に竹への興味を持ってもらいたいと思い解決方法を考えることにしました。

竹に興味を持ってもらうために見た目の可愛さを重視して竹製品を作ろうと思いました。

より具体化するために、粘土で作った模型を元に3Dプリンターで出力しました。

私たちは上記のものを使用したプロダクトを考えました。

プロダクトを行う以前に、問題があることが発覚しました。

もう一度インターネットで調べてみると、竹整備を行っている人の年齢層は高く、若者はほとんどいないということがわかりました。そして、考えていたプロダクトでは興味のある人しか来ないため、竹の消費をする以前に竹害の認知度を上げるべきだという考えに至りました。

私たちは竹チップやコンポストについてインターネットで調べていきましたがわからないことが多く、知識不足による不安が多くあったので、実際にそれを取り扱っている方々にインタビューやフィールドワークを行いました。 そして竹チップとコンポストがどのようなものなのかを知ることができたので下記に記録しました。
⚫️竹チップというのは竹を砕いたものです。 その竹チップを使ってコンポストを行うことで、竹にいる微生物が働いて生ゴミが分解されます。

私たちはもっと竹チップやコンポストの知識を得たかったので、平野さん・長谷川さん・川原さんにインタビューを し「竹チップ」や「コンポスト」について情報収集を行いました。
竹チップについては、乳酸菌が多く含まれていることによって多様な菌でより発酵しやすくなること。またコンポストに関しては、プランターが大きいほど土壌の量も増えるので微生物の数も増えて分解が早くなり、暖かい方が微生物が活性化することも教わりました。

⚫️フィールドワーク 私たちは竹チップとコンポストについてあまり詳しくなかったため 実際にそれらを取り扱っている方たちのところにフィールドワークに行って松本さんにお話を伺ってきました。
⚫️今回のフィールドワークに行って竹について知ることができました。
竹の特徴　・消臭殺菌効果がある　 　　　　　・軽い　 　　　　　・柔軟性があり曲げることが可能　 　　　　　・熱伝導性が高い　 　　　　　・乾燥しても伸縮しない

竹を使用した竹チップの特徴について教えてもらいました。 ・臭いがあまりしない
・虫が沸きにくい 　
・竹が腐っても使用できる
・竹チップの微生物は油が好物であるため油も一緒に捨てることができる。

⚫️竹チップのデメリット
・費用が土のコンポストよりもかかってしまう点

コンポストについてのお話を伺いました。

竹チップを使ったコンポストを使いやすく、また若者が興味を持ちやすくするために「みえるん」（下記のデバイス）を作成しました・

コンポストの簡易化するにあたってどのようなデータが必要かを調べることにしました。 収集したデータをユーザーにフィードバックしてコンポストに反映してもらうためにコンポストの状態におおきく関わるかつ比較的容易に改善が可能な要素についてのデータを収集することにしました。そこで上がった要素が以下のとおりです

1. 温度
2. 湿度
3. 土壌水分量

コンポストは微生物の活動によって機能するものなので、微生物が活動を行いやすい温度に保つ必要があります。また分解には多量の水分が必要です。そのため温度、湿度を追加し、土のための湿度センサーとして土壌水分量センサーも搭載することになりました

データを収集するためのデバイスをマイコンボードで作成することになりました。デバイスを作成するにあたって以下の条件を満たす必要があったのでどのボードを利用するかを考えました

1. ネットワークにつながる
2. 多機能であり、多数のセンサーを搭載できる
3. ユーザーフレンドリーな設計を行うことができる

最終的にM5Core2を利用することにしました。M5Core2は多数のIOポートがあり開発が比較的容易かつLCDディスプレイを搭載しているためユーザへのフィードバックを容易なものにすることができます。またWiFiやブルートゥースなどにも対応し機能の追加も行いやすいことが採用した理由です。

データをセンサーから取得しディスプレイに表示するプログラムを作成しました。複数のデバイスを作成するときにセンサーの種類を合わせることができなかったので、センサー種類を判定しそれに合致したプログラムを実行するようにしました。またLCDに情報を表示したり、愛着を持ってもらえるように画像を表示する機能も搭載しました。 ユーザーはボタンを使ってページを切り替え様々な情報にアクセスできるようなプログラムになっています。

端末で収集したデータを自身のスマートフォンで見ることができたほうが楽だというアイデアが出ました。 そこでセンサーで収集したデータをサーバーに送信し、Webサイトと連携することでいつでもどこでも自分のコンポストのデータにアクセスできるようにしました。サイトに定期的に取得したセンサーデータをJson化したものをPOSTしています。

データをサーバーに送信するためのネットワークの設定が必要になります。なるべく設定が行いやすいようにスマートフォンでQRコードを読み込むだけで設定画面が表示される、自動的にWiFiを検索してユーザーに提案するなどの工夫がなされています。またWiFiの環境が変更された場合でも今までのデータを引き続き利用したまま新しい設定を行うことができます。MACアドレス制限を行っている場合でも本体のMACアドレスを通知する機能があるため利用できるようになっています。

ご家庭にインターネットがない場合やWiFiの届かない範囲で運用することも考慮したプログラムにする必要がでてきました。そこでSDカードを挿入した状態でデバイスを起動すると「オフラインモード」となり、コンポストのデータを表示するとともにSDカードに記録する処理を追加しました。SDカードは汎用手的なフォーマットであるJson形式で保存されるため、後処理を容易に行うことができます。また、モードを切り替えたときにもWiFi設定などは削除されないため安心して利用することができます。

全てのデバイスの設定をサーバーに格納しデバイスごとに個別の設定を行うことが可能です。デバイスを自分好みの設定にすることができます。またデバイスが増加しサーバーへの負荷が増加した際でもサーバーとの通信量を個別に設定したり、全てのデバイスに同一の設定をおこなうこともできます。またデバイスは起動時からの秒数でサーバーとの通信を行うことでサーバーの負荷軽減を実現しています。

起動時タイムサーバーと通信を行い現在の時刻を内部のRTCを同期させます。これにより電源を喪失した場合、通信が切断された場合でもデバイスは正しい時間を得ることができます。

新しい機能の追加を行ったり、プログラムの修正および更新を行うためにオンラインアップデート機能を搭載しました。自身のファームウェアバージョンと最新ファームウェアのバージョンを比較し、オンラインでのアップデートを行います。デバイスは単体でアップデートを行うことができます。また他のマイコンボードを利用して作成した場合などでも配信するファームウェアを適宜設定できるようになっています。

デバイスはWebAPIを提供しています。HTTPリクエストを行うことでコンポストのデータにアクセス、またはデバイスの設定を変更できるようになっています。これにより他のプロダクトと連携した制御を行ったり、プログラムに知識のあるユーザーが自分のサービスなどとデバイスを連携させることが容易になっています。またデバイスはDNS機能を搭載しているためIPアドレスがわからない場合でもDNSを利用してアクセスできます。CORESポリシーにも対応しているためWebサイトのJavaScriptを利用してデバイスにアクセスすることもできます。

機能を増やしていくとマイコンへの負荷が増加します。レスポンスが悪くなったため軽量化を行う必要がありました。そこで目をつけたのが今回使用したESP32には2つの計算コアがあるということです。2つの計算コアで処理を分散しいくつかの非同期処理を追加して軽量化を行いました。

マルチコア化し非同期処理を行いましたが更なるレスポンスの向上のためにOSがどのような処理を行っているのかに目をつけました。その結果delay()というプログラムを一時停止する処理を行っている時に別の非同期処理を行っていることがわかりました。そのため各タスクでdelayを追加するとともにWebアクセス時に処理が集中しないようなプログラムに変更しました。

誰が見てもかわいいと思える。ぜひとも自分の家に置いてみたいと思えるデザインになるように工夫をしました。

最初のモデルは大きいものでした。豚がモチーフになっています。内部に配線を隠すことができるとともに横からセンサーの配線を出すことや、充電ポートなどが備わっています。また上下のパーツはジョイント式になっており単体で合体することができます

キュートアグレッションに基づいて大型に小型化を行いました。これによりどの家庭でも導入しやすくかわいいと思えるようになりました。使用するセンサーなどが前バージョン制作時よりも具体的になったことにより最低限の配線用スペースを確保した作りになっています。またマイコンボードの電源を入れられるようにケースにボタンを設置しました。また前面カバーを作成したころでマイコンが外れなくなりました。

前面にねじがあった前バージョンとことなり、背面をねじ止めすることによりデザイン性が向上しました。また画面の位置調整や、ボタンの寸法の見直しも行われています。ボタンの設置の方法や配線を考量した組み立てを想定して設計を行っているため組み立てやすくなっています。

データの収集およびデータの可視化を行うWebサーバーを構築しました。

サーバーを作るにはサーバーソフトウェアを動作させるマシンを考えなくてはイケません。今回はRock 5Bというワンボードマイコンを利用することにしました。省電力性に優れながらもかなりのスペックを誇っておりプロダクトの製作において十分だと判断しました。計算上では約100個のデバイスを同時稼働させても余裕があるほどリソースを確保することができます。Linuxを搭載しているため、安定性とメンテナンス性が高いことも特徴です。

サーバーを移行することも考慮することにしました。そこでコンテナ化という技術を利用することにしました。今回はDockerを利用しました。Dockerを利用することで名前領域による分離によってアプリケーションを独立したリソースとして管理できます。docker-compose等を利用することで新しい環境でもサービスを簡単に開始できます。

サイトはphpを用いて作成しました。データの検索がしやすいという理由からSQLを採用しました。SQLとはリレーショナルデータベース、つまり表形式のデータベースです。SQLを利用するとデータの検索が容易になります。今回は主流なSQLであるMySQLをベースとしたMariaDBを利用しました。1万件のデータを約0.08秒で取得することが可能になりました。

サーバーのソフトウェアにはApache+phpという構成を利用しました。
Apacheは安定性が高く一般的なソフトなため信頼性が高いと判断しました。
またリバースプロキシにはNginxを採用しました。

「みえるん」にあったデザインとは何か模索した結果、「みえるん」が「愛着のある製品」であることを大切にしているため「愛着」をテーマとしたウェブサイトのデザインを作成することとなりました。

親しみやすい色にしたいという思いから、それぞれの色がもたらす人への影響を調べていくうちに主に「オレンジ」や「黄色」などの暖色系の色は人に安心感を与えることがわかりました。 特に「黄色」は誘目性が高いとされていて多くの人の関心を惹きつけることができると考え、ウェブサイトのメインとなる背景を黄色にしました。

みえるんのウェブサイトには「おみくじ」「みえるんとの会話」「今日のラッキーアイテム」という三つのアシスト機能を設けています。

心理学的におみくじは「バーナム効果」が働いていて、人はそれによっておみくじを引きたいと思うことが調べていくうちに分かり、関心を惹きつける効果があります。

挨拶程度の会話ですが、挨拶には「暗い気持ちを吹き飛ばす効果がある」と言われています。

１日過ごすにあたって人は何度も選択する場面があります。どの学校に進学するかなどという大きな選択でなくても、どの服を着るか、何を食べるか、どの電車に乗るか、小さな選択で溢れています。選択をするのは楽しい時もありますが、多すぎては疲れてしまいます。

⚫️学校に展開する 若者に認知してもらう事のできる最適な場所が学校だと考えました。 学校には若者が集結していて学校に置いておくだけでも竹の存在を知ることができたりコンポストのやり方や竹チップそのものを最速で小学生の時から知ることができると考えました。 また。学校の授業の一環で学校のコンポスト用の竹を取りに行くということもできますし学校を通して広めるという策が良いと言うふうに考えました。

今後は学校への導入をどうするのか、若者を引き込むためのリターンをどうするのか、実際にみえるんを設置して実験結果を得ることなどが上げられます。