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2014 Fiscal Year Annual Research Report

人体通信機器の設計と応用に関する研究

Research Project

Project/Area Number 13J05924
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

村松 大陸  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords人体通信 / ボディエリアネットワーク / ヒューマンインターフェース / ウェアラブル機器 / アンテナ / 数値電磁界解析 / 生体等価ファントム
Outline of Annual Research Achievements

人体に装着したウェアラブル機器や,人体周辺の機器を相互に接続する無線通信技術として,人体を信号の伝送路とする「人体通信」がある.本研究の目的は,人体通信機器の装着箇所,周波数帯といった仕様に対して,高性能・低消費電力な機器の設計指針を確立すること,そのためのツールを開発することである.本年度は,実人体腕部と電気的に等価な多層簡略モデルの開発を行った.本モデルにより,1 MHz~1 GHzという広帯域において,実用的な解析誤差の範囲で人体通信電極の入力インピーダンスが計算可能であることを確認した.この多層簡略モデルは変形加工が容易かつ少ない計算機資源で利用でき,高い工学的有用性を持つ.また,三層構造ファントム皮膚層の電気的特性の変化が人体通信電極の入力インピーダンスに与える影響について検討した.電磁界解析の結果,皮膚層の比誘電率および導電率が±20%の範囲で変化した場合でも,電極入力インピーダンスに最大で20%以内におさまることが明らかとなった.得られた知見にもとづき,三層構造ファントムの試作を行った.さらに,スマートウォッチ等を装着したユーザが自動販売機等の設置型機器に触れることで電子マネーデータを送受信する人体通信システムを想定した電磁界解析を行った.解析周波数10 MHzにおいて,指先が電極に接触している状態では送受信機間の伝送特性S21は-56.0 dBであり,指先と電極の間に5 mmのギャップが生じるとS21は18 dBと大幅に減衰した.一方で,ギャップを大きくした場合には1.4 dB/5 mmでS21は減衰した.この結果より,指先がわずかでも電極から離れると大幅に送受信機間の伝送特性が劣化し通信不可能になると考えられ,人体通信を,ユーザの接触動作をトリガとし通信する新たなヒューマンインターフェースとして利用できる可能性が示唆された.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

人体通信の応用が想定される様々な条件下の伝送特性を数値電磁界解析により計算し,人体通信システムの設計につながる知見の集積を進めている.実用的なアプリケーションを意識した解析結果は,他の類似研究に比べて有用性が高い.また電極入力インピーダンス特性や伝送特性の測定実験に用いるファントムとして,三層構造ファントムを提案し,その特性解析を進めるとともに試作を行った.研究成果の公表は国際会議での発表や学術誌への論文投稿により着実に行っている.平成27年度は研究をまとめる最終年度であり,人体通信機器の設計指針確立に向けてさらに研究を進めることが期待される.

Strategy for Future Research Activity

平成27年度は,これまでに開発を行った簡略人体モデルおよび試作した三層構造ファントムを用いて,より実用的なレベルの電磁界解析と実験評価を進める.具体的には,想定する様々なアプリケーションごとに,人体各箇所に装着するアンテナ電極の構造・寸法に対する電極入力インピーダンス特性や,人体周辺の電界分布について検討を行い,伝送効率を最大化し消費電力を低減する電極および人体通信に最適なインピーダンスのフロントエンド回路設計を行う.また,設計した電極と回路を実験的に評価するために,電池駆動のウェアラブル測定治具開発の開発をすすめる.同時に,受信側には必要に応じてバッテリ駆動も可能な小型スペクトラムアナライザを用い,受信機器の接地状態による通信特性の変化についても検討する.これらの結果を総合することで,本研究の目的である人体通信機器の設計指針を確立する.

  • Research Products

    (22 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (16 results) Book (2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] 多層円柱腕モデルを用いた人体通信用電極の入力インピーダンス解析2015

    • Author(s)
      村松 大陸, 越地 福朗, 越地 耕二, 佐々木 健
    • Journal Title

      電子情報通信学会論文誌B

      Volume: Vol.J-98B, No.5 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Analytical and Experimental Studies on Human Body Communication between Wristwatch and Handheld Device using Muscle Homogenous Phantom at 10 MHz2014

    • Author(s)
      村松 大陸, 越地 福朗, 越地 耕二, 佐々木 健
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: Vol.26, No.8 Pages: 581-589

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Effect of Earth Ground and Posture on Human Body Communication using Stationary Device2015

    • Author(s)
      村松 大陸, 越地 福朗, 越地 耕二, 佐々木 健
    • Organizer
      International Conference on Electronics Packaging 2015 (ICEP2015)
    • Place of Presentation
      京都テルサ(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-04-15
  • [Presentation] Measurement of Human Body Communication Transmission Characteristics at 20 MHz2015

    • Author(s)
      Thang NGUYEN Xuan, 村松大陸, 佐々木健
    • Organizer
      The 9th International Symposium on Medical Information and Communication Technology (ISMICT2015)
    • Place of Presentation
      湘南国際村センター(神奈川県三浦郡)
    • Year and Date
      2015-03-24
  • [Presentation] 人体のインピーダンス測定による指の識別2015

    • Author(s)
      寺田一貴, 村松大陸, 佐々木健
    • Organizer
      2015年度精密工学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      東洋大学白山キャンパス(東京都文京区)
    • Year and Date
      2015-03-18
  • [Presentation] ウェアラブル機器-設置型機器間の人体通信における送受信電力効率の解析2015

    • Author(s)
      村松大陸, 荒井稔登, 佐々木健
    • Organizer
      第29回エレクトロニクス実装学会春季講演大会
    • Place of Presentation
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • Year and Date
      2015-03-17
  • [Presentation] ウェアラブル機器と据置型機器間の人体通信に関する研究2015

    • Author(s)
      荒井稔登, 村松大陸, 佐々木健
    • Organizer
      第29回エレクトロニクス実装学会春季講演大会
    • Place of Presentation
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • Year and Date
      2015-03-17
  • [Presentation] 多層ファントム皮膚層の電気定数と人体通信電極入力特性の関係2015

    • Author(s)
      村松 大陸, 越地 福朗, 越地 耕二, 佐々木 健
    • Organizer
      電子情報通信学会2015年総合大会
    • Place of Presentation
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス(滋賀県草津市)
    • Year and Date
      2015-03-12
  • [Presentation] Effect of Gap between Fingertip and Electrode to Transmission Characteristics in Human Body Communication Using Stationary Device2015

    • Author(s)
      村松 大陸, 越地 福朗, 越地 耕二, 佐々木 健
    • Organizer
      平成26年度東京理科大学総合研究機構インテリジェントシステム研究部門研究成果報告会
    • Place of Presentation
      東京理科大学野田キャンパス(千葉県野田市)
    • Year and Date
      2015-03-06
  • [Presentation] 腕部に装着したウェアラブルコイルによる磁界結合を利用した人体近傍通信の検討2015

    • Author(s)
      村松 大陸, 越地 福朗, 越地 耕二, 佐々木 健
    • Organizer
      平成26年度東京理科大学総合研究機構インテリジェントシステム研究部門研究成果報告会
    • Place of Presentation
      東京理科大学野田キャンパス(千葉県野田市)
    • Year and Date
      2015-03-06
  • [Presentation] Analysis and Improvement of Transmission Characteristics between Stationary Device and Wearable Device through Human Body2014

    • Author(s)
      村松 大陸, 越地 福朗, 越地 耕二, 佐々木 健
    • Organizer
      第23回MAGDAコンファレンス (MAGDA2014)
    • Place of Presentation
      サンポートホール高松(香川県高松市)
    • Year and Date
      2014-12-05
  • [Presentation] メガヘルツ帯の人体通信とギガヘルツ帯のパーソナルエリアネットワークに対応するウェアラブル電極の提案と検討2014

    • Author(s)
      越地福朗, 越地耕二, 村松大陸, 佐々木健
    • Organizer
      第23回MAGDAコンファレンス (MAGDA2014)
    • Place of Presentation
      サンポートホール高松(香川県高松市)
    • Year and Date
      2014-12-05
  • [Presentation] ウェアラブルコイルの磁界結合を利用した人体周辺通信における腕部折り曲げ時の伝送特性および周辺電磁界分布の検討2014

    • Author(s)
      越地福朗, 越地耕二, 村松大陸, 佐々木健
    • Organizer
      第23回MAGDAコンファレンス (MAGDA2014)
    • Place of Presentation
      サンポートホール高松(香川県高松市)
    • Year and Date
      2014-12-05
  • [Presentation] Human Body Communication to Accelerate Smart Life2014

    • Author(s)
      村松 大陸
    • Organizer
      The 11th IEEE Transdisciplinary-Oriented Workshop for Emerging Researchers
    • Place of Presentation
      東京都市大学世田谷キャンパス(東京都世田谷区)
    • Year and Date
      2014-11-29
  • [Presentation] Human Body Communication Between Fingertip and Wrist Using Stationary and Wearable Devices2014

    • Author(s)
      村松 大陸, 越地 福朗, 越地 耕二, 佐々木 健
    • Organizer
      The 3rd IEEE Global Conference on Consumer Electronics (GCCE 2014)
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉県千葉市)
    • Year and Date
      2014-10-07
  • [Presentation] 自動車内における人体通信の検討-左右前腕部とハンドル間の伝送特性-2014

    • Author(s)
      越地福朗, 越地耕二, 村松大陸, 佐々木健
    • Organizer
      生活生命支援医療福祉工学系学会連合大会2014 (LIFE2014)
    • Place of Presentation
      ルスツリゾート(北海道虻田郡)
    • Year and Date
      2014-09-26
  • [Presentation] 人体通信とパーソナルエリアネットワークのためのウェアラブル電極の検討2014

    • Author(s)
      越地福朗, 越地耕二, 村松大陸, 佐々木健
    • Organizer
      第24回マイクロエレクトロニクスシンポジウム
    • Place of Presentation
      大阪大学吹田キャンパス(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2014-09-04
  • [Presentation] スマートライフを加速する人体通信システムの開発2014

    • Author(s)
      村松 大陸, 越地 福朗, 越地 耕二, 佐々木 健
    • Organizer
      ワイヤレステクノロジーパーク (WTP) 2014
    • Place of Presentation
      東京ビッグサイト(東京都江東区)
    • Year and Date
      2014-05-29
  • [Book] ボディエリアネットワーク技術「人体通信」とEMC -基礎と技術動向 EMCを考慮した電極設計-2014

    • Author(s)
      村松大陸
    • Total Pages
      17
    • Publisher
      月刊EMC(科学情報出版)
  • [Book] 電磁界シミュレーション技術を用いた人体通信用電極の設計と人体通信の自動車システムへの応用2014

    • Author(s)
      越地福朗, 越地耕二, 村松大陸, 佐々木健
    • Total Pages
      7
    • Publisher
      エレクトロニクス実装学会誌
  • [Remarks] 環境情報マイクロシステム学分野ホームページ

    • URL

      http://www.ems.k.u-tokyo.ac.jp/

  • [Remarks] 村松大陸 - 研究者 - researchmap

    • URL

      http://researchmap.jp/dmuramatsu/

URL: 

Published: 2016-06-01  

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