| 物理授業実践記録 |
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| 計測・制御が手軽になった Gainer mini で始める フィジカルコンピューティング |
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| 鳥取県立鳥取工業高等学校 足利裕人 |
| 高度情報化社会が訪れ，コンピュータを用いた計測・制御および通信機能は，現代社会の医療や産業，交通等あらゆる分野の基盤となっている。一方，社会の変化に比べ，学校現場での理科実験へのコンピュータの活用は，遅々とした変化しか感じられない。しかし，誰でも手軽にコンピュータに様々な機器を接続し，自分用に発展させることができるフィジカルコンピューティングが登場し，理科での計測・制御の救世主になろうとしている。 |
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1 はじめに
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| 計測・制御の理科実験への活用が進まない原因には，高価な教材パッケージや，プログラミング等ソフトウェアのしきいの高さがある。 フィジカルコンピューティングとは，既存のディスプレイやキーボードやマウスだけではなく，必要に応じて新しいハードウェアを使って，コンピュータと人間とのコミュニケーションを実現するという考え方である。コンピュータのユーザインタフェースをハードウェアを使って拡張したり，コンピュータで電子機器を制御したりするのに便利な手法であり，2006年に小林茂氏らによってGainer(ゲイナー) ツールキットが開発された。 Gainerを利用することにより，センサーからの情報をパソコンに取り込んだり，パソコンからアクチュエータの制御を行ったりすることができる。 Gainerは，工学系・美術系(メディアアート系)の学生や研究者，ハードウェアに興味があるコンピュータファンを意識して開発された。また，Gainerの小型版Gainer miniが株式会社アールティにより発売されている。 |
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2 Gainer miniによる計測・制御
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また，プログラミングにはProcessingやFlash，Max/MSPを用いた例がGainer miniのサイトで紹介されており，サンプルソフトを見ながら，目的のソフトを作成することができる。最近は，C++やJava，Ruby等での活用例も見られる。Processingはオープンソースプロジェクトであり，スケッチと呼ばれる小窓で視覚的なフィードバックが即座に行われるため，プログラミング初体験者にも適している。 図2は図1の距離センサー，照度センサー，温度センサーを測定するためのProcessingのプログラミング例である。
図2 Processing による距離，照度，温度の測定プログラム |
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3 加速度の測定
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図3の装置を斜面に乗せ，斜面の角度と落下の加速度の関係を測定する装置が図5である。
図4 3軸加速度センサーを用いた重力加速度のグラフ
図5 斜面上の加速度の測定 |
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4 Gainerの学習参考書と学習キット
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| 全くの初心者が計測・制御を行うのに最適な一冊が「+GAINER」である。ブレッドボードにGainer miniや，センサー，抵抗等を接続する方法が実態配線図で書かれており，サンプルプログラムも書かれている。これ一冊である程度使いこなせる。 また，（株）アールティーから様々なセンサーや，抵抗，制御機器であるサーボモーターなどがセットになった，Gainer miniスターターキットが販売されている。書籍「+GAINER」のチュートリアルの大半の部品が集められている。
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+GAINER Physical Computing with Gainer