| Project/Area Number |
20K02330
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 08030:Family and consumer sciences, and culture and living-related
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| Research Institution | Hokkaido University of Science |
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Principal Investigator |
渡部 智希 北海道科学大学, 工学部, 准教授 (60254702)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小島 洋一郎 北海道科学大学, 工学部, 教授 (50300504)
一戸 善弘 北海道科学大学, 工学部, 准教授 (40712089)
伊藤 佳卓 北海道科学大学, 工学部, 講師 (90849142)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | Talbot像 / モアレ縞 / 屈折力測定 / センサシステム / Talbot干渉法 / おいしさの指標 / 光計測 / 食品 / 識別 / 評価 / 計測 / IoT / AI |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、光学的な理論を基盤として、高性能かつコンパクトで多機能・廉価なデジタルカメラや、測定原理の異なる多種多様な理化学計測機器による測定データを融合し、①農水畜産物をはじめ、食材などの品質を簡易に評価すること、ならびに、②ヒトの感じる「おいしさ」の情報を視覚化することにより、スマート農業や食品工業分野への貢献を最終目標としている。
得られた多くの物理化学データを分析評価するには、AI・多変量解析などのさまざまな統計・情報処理手法を組み合わせ、最適化されたセンシングシステムの開発・応用が必須であり、これを本研究のメインとする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、Talbot像とモアレ縞による屈折力測定を基盤として、液状食材などの品質を簡易に評価するセンサシステムの構築を目標の一つとしている。
今回、試料を入れるアクリル製セル（容器）に代わって、歪みの少ないガラス製容器を作成した。片面をガラス板、もう片面を焦点距離1m レンズの曲面側を内側にしたものをスペーサーで固定して試料セルとした。その結果、歪みのない安定した傾角を示し、モアレ縞のコントラストも増大した。この容器は凸レンズが内側にきているため液体を入れる部分は凹レンズのようになっていて凹凸の合成レンズのような形となっている。
試料はエタノール溶液、グリセリン水溶液、砂糖水溶液を使用した。エタノール溶液では濃度を0～100%まで変化させた時のモアレ縞傾角を測定した。エタノールの粘性率は40%で最大となるがモアレ縞傾角の最小角度は80%濃度の時に最も小さくなり、粘性率が傾角に与えると考えていたが、関連性が少ないと考えられた。次に砂糖水溶液では濃度が高くなると、モアレ縞傾角は小さくなった。砂糖水溶液は濃度が高くなると屈折率も高くなるため、屈折率とモアレ縞傾角には関連性があると考えられた。最後にエタノール、グリセリン、砂糖の3つの水溶液のモアレ縞傾角とそれぞれの濃度における屈折率との関係を検討した。その結果、被検液の屈折率が大きくなるとモアレ縞傾角は小さくなり、被検液の屈折率がモアレ縞傾角に影響することが考えられた。
これらの結果よりモアレ縞傾角による液体の屈折率測定が可能であり、複数回使用した油脂の酸化や水の混入等による劣化や屈折率が変化する液状食材に適用できると考えられる。今後、油脂の劣化の判定等をこのシステムで行いたい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまで、セル（容器）作製において、同材質・同試料であっても若干のモアレ縞傾角の違いがあるため、均一性の良いセル作製が必要となっていた。今回、歪みの少ないガラス製容器の作成により、安定的に測定データを取得できるようになった。更に一方の片面にガラス製凸レンズ、もう片側にガラス板を使ったセルを作成した。これにより歪がなく、コントラストの優れたモアレ縞が生成された。
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| Strategy for Future Research Activity |
測定に使用するセル（容器）の均一性を向上させるため、ガラス製のセルへ変更した。さらにばらつきを軽減したセルの作成を試みる予定である。今回、レンズとガラスを接合するスぺーサには簡易型として3Dプリンターフィラメントで作成したがアルミ製なども検討中である。また、今回、砂糖などの食品に多用される試料を測定したが、様々な品種の差異をモアレ縞傾角より見積もりたい。
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