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XIAO: 大きなパワー、小さなボード

Arduino と TinyML をマスターする
著者Lei Feng, Marcelo Rovai
出版日2023年12月8日
心からの感謝Jiamou Yang, Yanming Wen, Mengdu Li, Chunchun Tian, Haixu Liu, Tianrui Wang, and Jianjing Huang
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はじめに​

Seeed Studio XIAOシリーズは、Arduinoエコシステムにおける画期的な進化を表し、コンパクトさと強力なパフォーマンスを融合させています。その機能を理解し活用することは、エレクトロニクスと機械学習の愛好家や専門家にとって不可欠です。技術の急速な進歩と、より小型で効率的なデバイスへの需要の高まりに伴い、XIAOとTinyMLとの統合をマスターすることは極めて重要です。これは革新の新たなフロンティアを提示し、以前は不可能と思われていた空間で洗練されたプロジェクトの創造を可能にします。このトピックは、エレクトロニクス、IoT、機械学習の将来の軌道と一致するため、技術的進歩の最前線に留まることを目指す人々にとって不可欠です。

キット内の部品リスト​

この本について​

対象読者​

「XIAO: 大きなパワー、小さなボード」の主要な読者層は、コンパクトなハードウェアプラットフォームの可能性を探求し最大化したいと考える、エレクトロニクスと機械学習の愛好家、学生、教育者、専門家を対象としています。通常、これらの読者は、エレクトロニクス愛好家、DIYプロジェクト作成者、エレクトロニクス教育者、または初級組み込みシステム開発者としての立場にあるかもしれません。キャリアを積むにつれて、エレクトロニクス設計エンジニア、IoT開発者、または機械学習ハードウェア統合者などの役職を目指している可能性があります。

私たちの読者は、エレクトロニクスの概念について基本的な理解を持っていますが、Arduinoプログラミングやコンパクトハードウェア設計に深く踏み込んだことはないかもしれません。彼らはArduinoや一般的なエレクトロニクスに関する標準的な初心者向け書籍に遭遇したことがあるかもしれませんが、特殊なハードウェアやTinyMLに挑戦したことはないかもしれません。スキルに関しては、基本的なエレクトロニクスやプログラミングの実践的な経験を持っていますが、TinyMLや高度なマイクロコントローラー機能の複雑さをマスターしていません。

読者が学ぶこと​

この本を読み終えるまでに、読者は以下を理解できるようになります：

  • Seeed Studio XIAOシリーズの機能に焦点を当てた、オープンソースハードウェアの基礎。

  • 基本的なLED制御から始まり、テレメトリや音声キーワード検出などの複雑なアプリケーションまで進む、基本から高度な電子プロジェクトへの移行方法。

  • プロトタイプ設計の背後にある概念と、製品開発における実用的な意味。

  • 赤外線受信機、超音波距離センサー、RTCクロックなどの様々なモジュールをXIAOプラットフォームと統合する複雑さ。

  • Tiny Machine Learning（TinyML）の重要性と応用、特にXIAO nRF52840 SenseやESP32S3 Senseなどのハードウェアにおけるその変革的な力の強調。

  • 異常検出やオブジェクト検出、ビデオや音声分類などの実世界のアプリケーションにEdge Impulse Studioなどの高度なツールを活用する技術。

読者は以下ができるようになります：

  • 基本的なハードウェアインタラクションから複雑なプロジェクト設計まで進歩し、すべてのXIAOシリーズボードでプロジェクトをセットアップ、プログラム、トラブルシューティングする。

  • コースからの洞察を活用して、抽象的なアイデアを具体的な電子製品プロトタイプに変換する。

  • 特殊なセンサーやモジュールを使用して、スマートウォッチやエアピアノなどの中級レベルのプロジェクトを設計・実装する。

  • XIAO ESP32C3でWi-FiとMQTTプロトコルの力を活用し、クラウド通信とデータ交換を行う。

  • 異常検出やオブジェクト検出に加えて、画像、動作、音声分類などのタスクを実行し、異なるXIAOボードにTinyMLを展開する。

  • 厳選されたXIAOプロジェクトのコレクションからインスピレーションを得て、カスタムニーズに適応させ、プロジェクトアイデアを革新・拡張する。

書籍の概要​

第1章：ハードウェアとプログラミングの入門​

この章では、読者はArduino IDEを使用してXIAOでの基本的なプログラミングから始めます。簡単なサンプルプログラムを通じて、LEDライト、ボタン、ブザー、その他の電子部品を制御する方法を学び、デジタルI/O、アナログI/O、音の生成、値のマッピングなどの核となるプログラミング概念を習得します。コード例を一行ずつ手動で入力することで、強固なコーディング習慣を身につけ、プログラミング構文を理解します。

第2章：初心者向けプロジェクト実践 - プロトタイプ設計入門​

この章では、読者は初心者向けのプロジェクトを通じて、XIAOでプロトタイプを設計する基本を学びます。アイデアから始めて迅速に検証プロトタイプを作成し、一行ずつのコード分析よりもコードの実用的な応用により重点を置きます。Arduinoライブラリ、コミュニティリソース、サンプルプログラムを活用することで、コードスニペットを見つけて適応させ、効率的に望ましい効果を実現する方法を学びます。さらに、電子ハードウェアと日用品を創造的に組み合わせることで、プロトタイプの物理的な外観を設計する方法を探求します。主要な成果は、プロジェクトベースのアプローチを把握し、シンプルなインタラクティブプロトタイプを構築するスキルを開発することです。

第3章：中級プロジェクト実践—複雑なプロジェクト​

この章では、読者はXIAOを使用して洗練されたIoTプロジェクトを作成することで、プロトタイピングスキルを向上させます。XIAO ESP32C3を使用して、Wi-Fi接続、MQTTテレメトリ、リモート制御コマンドなどの機能を実装します。インテリジェントリモートドア、スマートウォッチ、エアピアノなどの複雑な構築を通じて、ワイヤレス通信、クラウド統合、組み込み制御のプログラミング技術を磨きます。オプションの設計図が提供されますが、読者は代替材料を使用した創造的なエンクロージャー設計を探求することが推奨されます。主要な成果は、中級IoTプロトタイピングを習得し、高度なtinyMLアプリケーションに備えることです。

第4章：上級プロジェクト実践 - tinyMLアプリケーション​

XIAOシリーズ製品の中で、Seeed Studio XIAO nRF52840 SenseはBluetooth 5.0ワイヤレス接続、低消費電力を備え、オンボード6軸IMUとPDMマイクロフォンセンサーを搭載しています。XIAO ESP32S3 Senseはさらにカメラ、デジタルマイクロフォン、SDカードサポートを統合しています。これらの機能により、TinyML（組み込み機械学習）プロジェクトの強力なツールとなっています。TinyMLは従来のプログラミング手法とは全く異なる方法で問題を解決します。この章では、Edge Impulse Studioツールを使用して、データ収集、トレーニング、テストから展開、推論まで、機械学習ワークフロー全体を通じて、読者にこの最先端分野を紹介します。

第5章：創造的実験​

発売以来、Seeed Studio XIAOシリーズはそのコンパクトなサイズ、強力な性能、多様な製品ラインナップで広く称賛されています。メーカーコミュニティでは、XIAOで作成された多数のプロジェクトが生み出されています。スペースの制約により、私たちのメーカーによってXIAOで作られた優秀なプロジェクトをいくつか選択しました。これらのプロジェクトは、XIAOの強力な機能と幅広い応用を十分に実証しています。メーカーの歩みに従い、創造性を刺激し、XIAOの無限の可能性を探求しましょう。読者はこれらのプロジェクトからインスピレーションを得て、想像力を使い、XIAOで新しい領域を探求することができます。

参考文献​

オンラインコース​

書籍​

プロジェクトリポジトリ​

著者について​

Lei Fengは、Seeed Studioの技術サポートグループおよび製品カリキュラムのリーダーです。オープンソースハードウェアとエッジコンピューティング分野の経験豊富な著者として、中国で「GameGo Beginner Programming Course for Arcade 《做游戏，玩编程------零基础开发微软 Arcade 掌机游戏》」、「Grove Beginner Kit For Arduino - Codecraft Graphical Programming Course 《Arduino 图形化编程轻松学》」、Microsoft Chinaのサポートによる「IoT for Beginners 《深入浅出 IoT：完整项目通关实战》」の中国語翻訳など、複数の書籍を出版しています。

Lei Fengは彼のチームと共に、中国語と英語で数多くのチュートリアルとオープンソースドキュメントを作成してきました。IoTとエッジコンピューティングプロジェクトの開発における実践的な経験により、初心者向けに複雑な概念を簡素化する独自の洞察を持っています。魅力的な作家であり忍耐強い教師として、Lei FengはArduinoとTinyMLを世界中の初心者にとってアプローチしやすくする理想的なガイドです。

LinkedInプロフィール: https://www.linkedin.com/in/leon-feng-a029bb1/

Marcelo Rovaiは、エンジニアリングと技術教育の分野で認められた人物であり、ブラジルのイタジュバ連邦大学から名誉教授の称号を授与されています。彼の教育的背景には、UNIFEIでの工学学位とサンパウロ大学ポリテクニック校での高度な専門課程が含まれます。さらに専門知識を高めるため、IBMEC（INSPER）でMBAを取得し、チリのUniversidad del Desarrolloでデータサイエンスの修士号を取得しました。

AVIBRAS Airspace、ATT、NCR、IGT（ラテンアメリカ担当副社長を務める）など、複数の有名技術企業でのキャリアを通じて、学術的な取り組みに豊富な業界経験をもたらしています。彼は電子関連トピックの多作な作家であり、Hackster.ioなどのオープンプラットフォームを通じて知識を共有しています。

専門的な活動に加えて、教育アウトリーチに専念し、UNIFEIでボランティア教授として奉仕し、TinyML4Dグループの共同議長として参加し、発展途上国でのTinyML教育を推進しています。彼の仕事は、社会の発展のために技術を活用することへのコミットメントを強調しています。

LinkedInプロフィール: https://www.linkedin.com/in/marcelo-jose-rovai-brazil-chile/

Twitterハンドル: @mjrovai

著者の公開講演サンプル（YouTube等）: https://www.youtube.com/watch?v=KeXlAazzgKw

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