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東大など、電源不要の柔らかい「水分検出センサー」開発 絆創膏やオムツに

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東大など、電源不要の柔らかい「水分検出センサー」開発 絆創膏やオムツに

東京大学は、科学技術振興機構(JST)課題達成型基礎研究の一環として、世界で初めて「柔らかいワイヤレス有機センサーシステム」の開発に成功し、そのセンサーシステムとしての有用性を「柔らかい水分検出センサーシート」で実証した。このセンサーシステムは、離れたところからワイヤレスで電力供給が可能で、水分検出センサーからのデータも取ることができる。

今回の研究の原理は、水分以外にも温度や圧力などさまざまなセンサーに応用することが可能。センサーシステムは有機デバイスだけで構成されているが、有機デバイスはインクジェット印刷など高速処理で環境負荷の少ないプロセスで容易に製造できるため、将来の大幅な低コスト化が期待され、今後は、ばんそうこうやおむつなど装着感が少なく使い捨てにもできる衛生的なセンサーとして幅広い用途への応用が期待される。

ワイヤレスセンサーの急速な発展によって、生活空間におけるさまざまな物理情報の計測と活用が進み、センサーの計測対象は、最近、物から人へ急速に拡大している。人体に接触しながら生体に関する情報を計測する際には、装着感のない柔らかさ、衛生面から使い捨てにできることなど、従来の電子部品になかった課題の解決が急務となっている。

ワイヤレス通信可能かつ静電気保護回路を有するフレキシブル水分検出センサーシートはコイルが曲がっても動作する。

ワイヤレス通信可能かつ静電気保護回路を有するフレキシブル水分検出センサーシートはコイルが曲がっても動作する。

今回、研究グループは、高分子フィルム上に有機集積回路を作製し、「柔らかい水分検出センサーシート」を開発。さらに世界で初めて有機集積回路を駆動するための電力伝送に電磁界共鳴法を採用したことにより、長距離のワイヤレス電力伝送と通信が可能となった。これにより、簡単な構成ではあるが、完全なワイヤレス伝送によるシート型のセンサーシステムが実現され、様々な波及効果が期待される。

まず、センサーで検出された情報は、抵抗変化に変換できれば、今回の原理を適応して、柔らかいセンサーシステムに応用できることが分かった。つまり、水分以外にも、温度や圧力などさまざまなセンサーに応用することが可能になる。

また、これらを複合化して、多点で計測できる「フレキシブル大面積ワイヤレスセンサー」への展開も期待される。多点で計測した情報は、一点で計測した場合よりも、データの信頼性が高いため、医療やヘルスケアなどデータに高い信頼性や精度が求められる用途への展開や、また、大面積に発汗のエリア情報が取れるので、ユニークな生体計測への応用も期待できる。

ただし、今後の課題として、信頼性の向上と低消費電力化が挙げられる。信頼性については、静電気保護回路有機ダイオードの材料や構造を検討することによって、さらなる高耐圧化を進めることができる。また、整流回路の有機ダイオードの駆動電圧を低減することによって、さらなる低消費電力化が可能と考えられている。

【参考】
科学技術振興機構 - 世界初、柔らかいワイヤレス有機センサーシステムの開発に成功

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