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Development and Social Implementation of Bio-mimetic Next-Generation Vibration Sensors

Research Project

Project/Area Number 20K20539
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Noda Yuki  大阪大学, 産業科学研究所, 特任助教(常勤) (30784748)

Project Period (FY) 2020-07-30 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥25,220,000 (Direct Cost: ¥19,400,000、Indirect Cost: ¥5,820,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
Keywords振動 / 生体模倣 / 摩擦帯電 / ナノワイヤ / コンクリート構造物 / 社会実装 / 帯電 / 金属ナノワイヤ
Outline of Research at the Start

多くのコンクリート構造物は施工から50年以上が経過し、崩落や倒壊などの対策が急務である。そのためには劣化の進捗状況を振動センサで常時モニタリングする必要があるが、既存のセンサではコストや感度の面で困難である。一方で生体の優れた聴覚構造を模倣することで高感度で低コストな振動センサを作製可能である。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。作製、実装および劣化判定まで行うことで、重篤な事故を事前に把握、予防できる未来の実現を目指す。

Outline of Final Research Achievements

We developed two types of vibration sensors based on new operating principles for multi-point and continuous monitoring of deteriorated concrete structures. For the triboelectric nanogenerator-type vibration sensor, we developed a sensor applying the principle of frictional electrification by using stable gold nanowires as the electrodes of the element. By developing a technique to coat only the surface of the gold nanowires with an organic polymer, we demonstrated the possibility of mechanical operation-electrical signal conversion based on the principle of frictional electrification. In the resonant-type vibration sensor, we achieved high acceleration linearity and low cross axis sensitivity by adopting resonance phenomena as the operating principle of the vibration sensor. Furthermore, compared to conventional piezoelectric elements, we were able to obtain vibration information with extremely high signal purity.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

開発した摩擦帯電ナノ発電型、共振型振動センサの2種の振動センサは動作原理の観点で新規性が高いのみならず、社会実装を前提として安定、安全、安価な材料を用いて創成された。摩擦帯電ナノ発電型振動センサにおいては金からなるナノワイヤを電極として活用することに成功し、これにより長期安定性と低い環境負荷を満たしたセンサの実現が期待できる。共振型振動センサにおいては加速度の線形性やカップリング誤差など、振動センサに求められる基本性能を満たすだけでなく、1000円以下の安価な材料費で作製することができる。これらによりコンクリート構造物の劣化状況を常時モニタリングできる高度な情報化社会の実現が期待できる。

Report

(4 results)
  • 2023 Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Gold nanowire electrodes for flexible organic thin-film transistors2022

    • Author(s)
      Satoshi Takane, Yuki Noda , Naomi Toyoshima, Takafumi Uemura, Yuki Bando and Tsuyoshi Sekitani
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 15 Issue: 9 Pages: 096501-096501

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac896a

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of Macroscale Mesh Design of Metal Nanowire Networks on the Conductive Properties for Stretchable Electrodes2021

    • Author(s)
      Satoshi Takane, Yuki Noda, Naomi Toyoshima, and Tsuyoshi Sekitani
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 24 Issue: 24 Pages: 243102-243102

    • DOI

      10.1063/5.0051935

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Macromesh-Shaped Gold Nanowire Network Electrodes with Low Resistance under Tensile Strain2022

    • Author(s)
      Satoshi Takane, Yuki Noda, Naomi Toyoshima, and Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 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2022

    • Author(s)
      高根慧至, 野田祐樹, 豊嶋尚美, 植村隆文, 坂東勇希, 関谷毅
    • Organizer
      第17回有機デバイス・物性院生研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ストレッチャブルトランジスタに向けたウレタン修飾ジケトピロロピロールのランダム三元ポリマーの合成と物性2022

    • Author(s)
      高根慧至, 横山創一, 野田祐樹, 植村隆文, 坂東勇希, 関谷毅, 家裕隆
    • Organizer
      日本化学会 第102回春季年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 金ナノワイヤネットワークからなる ストレッチャブルマクロメッシュ電極のひずみと導電特性の相関2021

    • Author(s)
      高根慧至, 野田祐樹, 豊嶋尚美, 関谷毅
    • Organizer
      JSAP/SPIE学生チャプター合同研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 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2021

    • Author(s)
      高根慧至, 野田祐樹, 豊嶋尚美, 関谷毅
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 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2020

    • Author(s)
      野田祐樹
    • Organizer
      COMSOL CONFERENCE 2020 TOYKO
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 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2020

    • Author(s)
      野田祐樹
    • Organizer
      2020年度 第4回PE研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 振動センサ及び振動検出システム2022

    • Inventor(s)
      野田 祐樹、関谷 毅、瀬下 雄一、本田 中
    • Industrial Property Rights Holder
      野田 祐樹、関谷 毅、瀬下 雄一、本田 中
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-08-03   Modified: 2025-01-30  

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