2021 Fiscal Year Annual Research Report
リアル・バーチャル連成MEMSレゾネーターによる細胞力学特性計測
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19H02090
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
藪野 浩司 筑波大学, システム情報系, 教授 (60241791)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 泰之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (00398637)
松本 壮平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 副研究部門長 (70358050)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 弾性計測 / レゾネーター / 自励振動 / モード局在化 / バーチャル / 計測 / 共振 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二つのカンチレバーの内一つに磁気力を加えて、カンチレバーの剛性を変化させる。カンチレバーを測定対象に接触させてその剛性を計測する際、磁気によって与えられた剛性の変化が、測定対象の剛性に相当する。従って、磁気力を受けた際のカンチレバーの剛性変化が感度よく計測できれば、生体試料の高感度剛性計測が実現する。
本年度は、マクロスケールの連成カンチレバーを用いた実験をさらに進めた。理論上連成剛性をより小さく設定すれば、感度が上げられることが指摘されているが、1次モードと2次モードの固有振動数がより近づくため、実験において各モードの振幅比の計測が、強制振動による従来法では困難になる。本研究で提案した自励発振によりこの問題を解決した。
また、理論解析の結果から、カンチレバーの連成剛性比を剛性変動率に比べて大きく設定すると、振幅比の変化は剛性摂動の変化よりもはるかに大きくなること、逆にカンチレバーの連成剛性比を剛性変動率に比べて小さく設定すると、振幅比の絶対値が剛性摂動がない場合の振幅比よりもはるかに小さくなるため、剛性摂動の存在に対する感度は非常に高くなることを明らかにした。
さらに、実際の生体試料の剛性計測に向けて、弱連成する同一剛性を持つマイクロレゾネーターの製作法を検討した。機械工作精度の限界から、同一剛性、弱連成を実現することは困難であるため、FPGAを使ったバーチャル方式を提案した。ここで、バーチャル連成効果とバーチャルカンチレバーのダイナミクスは、リアルタイムで計算される。これによって、周波数変化による方法に比べて、本手法は約40倍の感度で剛性変化を捉えられることが分かった。、
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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