生体模倣型次世代振動センサの開発と社会実装

仿生下一代振动传感器的开发和社会实施

• 批准号: 20K20539
• 负责人: 野田 祐樹
• 金额: $ 16.14万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20539/
• 关键词: 振動; 生体模倣; 帯電; コンクリート構造物; 社会実装; 金属ナノワイヤ

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。

Vibration セ ン サ の を bridge bridge foot や ト ン ネ ル を beginning め と す る traffic イ ン フ ラ structure に set し diagnosis を geomagnetic line な う こ と で, day 々 す る internal の degradation process の を モ ニ タ リ ン グ で き る. そ の た め に は low コ ス ト vibration, high precision, high environmental performance の い セ ン サ が o め ら れ て い る が, こ れ ら を の elements and ね prepared え た vibration セ ン サ は be presently が difficult し い. Purpose this study の は hearing を department る snail を モ デ ル と し た vibration セ ン サ を as し, こ れ や を building traffic イ ン フ ラ に お け る コ ン ク リ ー ト structure degradation を の diagnosis す る た め の vibration セ ン サ と し て society be loaded を line う こ と で あ る. は this year, yesterday's annual target に first white jasmines げ た チ ャ ー ジ ア ン プ の open 発 と vibration セ ン サ sensitivity up の た め の new た な electrode structure の open 発 を be applied し た. チ ャ ー ジ ア ン プ に つ い て は specific に は 0.1 Hz か ら 10000 Hz の 帯 domain で raised が picture may な ア ン プ の open 発 に successful し た. こ れ は 3 チ ャ ネ ル の simultaneously measuring に 応 seaborne で き, 3 dimensional space XYZ の の signal of rights 処 Richard に 応 seaborne で き る shi others と し た. Vibration セ, サ, サ, サ, project <e:1> one, <s:1> である, である, <s:1> internal resistance, <s:1> reduction, に and んだ. Yesterday's annual open 発 し た metal ナ ノ ワ イ ヤ は 100% の extension and ひ ず み に し seaborne て normalization resistance が below 5% に inhibit で き る が, metal と し て の 伝 conductance は general な バ ル ク と compare し て above 2 girder 悪 change し て い る こ と が シ ー ト resistance measuring に よ り Ming ら か と な っ た. こ れ は electrodes を 伝 da す る free electrons が ワ イ ヤ か ら ワ イ ヤ へ ホ ッ ピ ン グ 伝 guide す る interstate に bureau な resistance を by け る for で あ る と push examine さ れ る. そ こ で scalability を have し な が ら バ ル ク metal and の 伝 conductance を be presently す る の new た な プ ロ セ ス を open 発 し た. Specific に は ワ イ ヤ ー ワ イ ヤ between を ナ ノ レ ベ ル で dissolves す る gimmick を open 発 し た. <s:1> れによ シ ト ト ト resist を by approximately 70% reduction で る る とを とを とを confirm た. Future プ ロ セ ス の optimization を more に め る こ と で よ り バ ル ク の electric 気 伝 conductance に nearly い scalability electrode を open 発 し, vibration セ ン サ の electrode と し て be loaded す る. Eventually the に ら れ た knowledge integration を し や, building traffic イ ン フ ラ に お け る コ ン ク リ ー ト structure degradation の を diagnosis す る た め の vibration セ ン サ を complete さ せ る.

项目成果

コンクリートインフラ構造物ヘルスケアモニタリングにむけた振動センサ開発

开发用于混凝土基础设施结构医疗保健监测的振动传感器

• 发表时间: 2020
• 作者: Cui Yang;Takamatsu Taiki;Shimizu Koichi;Miyake Takeo;Y.Kimura and Y.Ju;Hiroshi Kokubu;楠見 孝;野田祐樹
• 通讯作者: 野田祐樹

金属ナノワイヤネットワークからなる伸縮性マクロメッシュ電極のデザインと導電特性の相関

由金属纳米线网络组成的可拉伸宏观网格电极的设计与导电性能之间的相关性

• 发表时间: 2021
• 作者: 高根慧至;野田祐樹;豊嶋尚美;関谷毅
• 通讯作者: 関谷毅

有機強誘電体・圧電体の科学からインフラ構造物ヘルスケア応用へ

从有机铁电体和压电体科学到基础设施结构的医疗保健应用

• 发表时间: 2020
• 作者: Y.Cui;Z.Chen and Y.Ju;野田祐樹
• 通讯作者: 野田祐樹

Gold nanowire electrodes for flexible organic thin-film transistors

• DOI: 10.35848/1882-0786/ac896a
• 发表时间: 2022-09-01
• 期刊: APPLIED PHYSICS EXPRESS
• 影响因子: 2.3
• 作者: Takane, Satoshi;Noda, Yuki;Sekitani, Tsuyoshi
• 通讯作者: Sekitani, Tsuyoshi

金ナノワイヤネットワーク電極を用いたフレキシブル有機薄膜トランジスタ

使用金纳米线网络电极的柔性有机薄膜晶体管

• 发表时间: 2022
• 作者: 高根慧至;野田祐樹;豊嶋尚美;植村隆文;坂東勇希;関谷毅
• 通讯作者: 関谷毅