生体模倣型次世代振動センサの開発と社会実装

振動センサを橋の橋脚やトンネルを始めとする交通インフラ構造物に設置し診断を常時行なうことで、日々進行する内部の劣化の過程をモニタリングできる。 そのためには低コスト、高精度、耐環境性能の高い振動センサが求められているが、これらの要素を兼ね備えた振動センサは実現が難しい。本研究の目的は聴覚を司る蝸牛殻をモデルとした振動センサを作製し、これを建築物や交通インフラにおけるコンクリート構造物の劣化を診断するための振動センサとして社会実装を行うことである。本年度は、昨年度目標に掲げたチャージアンプの開発と振動センサ感度向上のための新たな電極構造の開発を実施した。チャージアンプについては具体的には0.1Hzから10,000Hzの帯域で増幅が可能なアンプの開発に成功した。これは3チャネルの同時計測に対応でき、XYZの3次元空間の信号増幅処理に対応できる仕様とした。振動センサの課題の一つである素子の内部抵抗の低減に取組んだ。昨年度開発した金属ナノワイヤは100%の引張ひずみに対して規格化抵抗が5%以下に抑制できるが、金属としての伝導度は一般的なバルクと比較して2桁以上悪化していることがシート抵抗計測により明らかとなった。これは電極間を伝達する自由電子がワイヤからワイヤへホッピング伝導する際に局所的な抵抗を受ける為であると推察される。そこで伸縮性を有しながらバルク金属並の伝導度を実現する為の新たなプロセスを開発した。具体的にはワイヤーワイヤ間をナノレベルで溶接する手法を開発した。これによりシート抵抗を約70%低減できることを確認した。今後プロセスの最適化を更に進めることでよりバルクの電気伝導度に近い伸縮性電極を開発し、振動センサの電極として実装する。最終的に得られた知見を統合し、建築物や交通インフラにおけるコンクリート構造物の劣化を診断するための振動センサを完成させる。

振動センサを橋の橋脚やトンネルを始めとする交通インフラ構造物に設置し診断を常時行なうことで、日々進行する内部の劣化の過程をモニタリングできる。 そのためには低コスト、高精度、耐環境性能の高い振動センサが求められているが、これらの要素を兼ね備えた振動センサは実現が難しい。本研究の目的は聴覚を司る蝸牛殻をモデルとした振動センサを作製し、これを建築物や交通インフラにおけるコンクリート構造物の劣化を診断するための振動センサとして社会実装を行うことである。本年度は、昨年度目標に掲げたチャージアンプの開発と振動センサ感度向上のための新たな電極構造の開発を実施した。チャージアンプについては具体的には0.1Hzから10,000Hzの帯域で増幅が可能なアンプの開発に成功した。これは3チャネルの同時計測に対応でき、XYZの3次元空間の信号増幅処理に対応できる仕様とした。振動センサの課題の一つである素子の内部抵抗の低減に取組んだ。昨年度開発した金属ナノワイヤは100%の引張ひずみに対して規格化抵抗が5%以下に抑制できるが、金属としての伝導度は一般的なバルクと比較して2桁以上悪化していることがシート抵抗計測により明らかとなった。これは電極間を伝達する自由電子がワイヤからワイヤへホッピング伝導する際に局所的な抵抗を受ける為であると推察される。そこで伸縮性を有しながらバルク金属並の伝導度を実現する為の新たなプロセスを開発した。具体的にはワイヤーワイヤ間をナノレベルで溶接する手法を開発した。これによりシート抵抗を約70%低減できることを確認した。今後プロセスの最適化を更に進めることでよりバルクの電気伝導度に近い伸縮性電極を開発し、振動センサの電極として実装する。最終的に得られた知見を統合し、建築物や交通インフラにおけるコンクリート構造物の劣化を診断するための振動センサを完成させる。