CMOS Multimodal Image Sensor for Visualizing Two-Dimensional Information in Plants Body
| Project/Area Number |
21H01390
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
野田 俊彦 豊橋技術科学大学, 次世代半導体・センサ科学研究所, 准教授 (20464159)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
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| Keywords | イオンイメージセンサ / マルチモーダルセンサ / 農業用センサ / 植物用センサ |
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| Outline of Research at the Start |
植物工場での生育モニタリング用に植物に直接刺入し，植物体内の情報を「面」で捉えて可視化するCMOSマルチモーダルイメージセンサを開発する。植物の内部構造は均一ではないため，従来型の「点」で計測するセンサでは，刺入部位によって得られる情報が異なってしまうという原理的な問題があった。本センサはこの問題を解決し，イオンの二次元イメージングによって茎内の所望部位の情報を正確に計測する。また，AI技術を活用したマルチイオンイメージングにも取り組む。植物体内情報のマルチモーダルセンシングを実現することにより，未だ解明されていない植物生育メカニズムの解明につながる新たな計測デバイスとなることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
提案するコンセプトを実現するために ①刺入型マルチモーダルセンサの設計と試作，②マルチイオンイメージング技術の確立，③センサチップに集積可能な薄膜参照電極の開発 これら3つの技術課題を設定し，それぞれ以下のように取り組んだ。
①刺入型マルチモーダルセンサについては，前年度試作した電気伝導度センサの特性評価をすすめ，電気伝導度変化の2次元分布が計測可能であること，またそれがpH計測ど同時に可能であることを確かめた。この測定原理に基づきトマト茎に刺入した実証実験を行い，pHと電気伝導度変化が同時に捉えられることを確認した。またこれらの結果から，茎の内部構造が推定できる可能性が見出され，その検証を進めた。
②マルチイオンイメージング技術については，複数のイオン感応膜をパターニングしたセンサを作製し，トマト茎に刺入して実証実験を行った。2種類のイオンが連続モニタリングかのうであることを確かめた。
③薄膜参照電極については，薄膜電極を参照電極として使用した場合のセンサ特性を評価した。短期特性では良好な特性が得られたが，経時変化がおおきく長期計測時に問題になると予想された。そこで薄膜電極上にペースト電極を追加形成して耐久性を向上させた参照電極を作製した。
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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
当初掲げた研究計画通りに研究が進捗しており，次年度以降のセンサシステム開発に繋がる成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
センサシステムに必要な個々の基礎技術開発は順調に進んでおり，次年度はこれらを統合してプロトタイプを作製し，植物の長期計測実験を実施する。栽培環境を人工的に制御可能な構成とし，栽培環境とセンサ計測結果の因果関係を検証する。また，マルチモーダル化をすすめるため，イオン以外の計測について検討し，基礎検証を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(14 results)
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[Presentation] REAL-TIME IN VIVO IMAGING OF INTRA-STEM ION DISTRIBUTION USING INSERTABLE CMOS SENSOR FOR PLANTS2021
Author(s)
Kenta Sembo, Taichi Yoshida, Seitaro Toda, Tomoko Horio, Yasuyuki Kimura, Yong-Joon Choi, Kazuhiro Takahashi, Kotaro Takayama, Kazuaki Sawada, and Toshihiko Noda
Organizer
The 21st International Conference on SOLID-STATE SENSORS,ACTUATORS and MICROSYSTEMS (TRANSDUCERS 2021)
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Int'l Joint Research
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[Presentation] 植物用刺入型イオンイメージセンサによる茎内イオン分布計測の検証2021
Author(s)
泉保賢汰,吉田太一,本庄瑠奈,戸田清太郎,堀尾智子,木村安行,崔 容俊,高橋一浩,高山弘太郎,澤田和明,野田俊彦
Organizer
令和3年度電気学会センサ・マイクロマシン部門総合研究会
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[Presentation] 植物用刺入型センサの茎内イオン分布リアルタイムin vivo イメージングの機能実証2021
Author(s)
泉保 賢汰 , 吉田太一, 本庄瑠奈, 戸田 清太郎, 堀尾智子, 木村 安行, 崔 容俊, 高橋 一浩,高山弘太郎, 澤田和明 , 野田俊彦
Organizer
第38 回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
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