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2020 Fiscal Year Research-status Report

Development of a Robust Olfactory Sensor System Based on Informatics

Research Project

Project/Area Number 20K05345
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

今村 岳  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 独立研究者 (60715754)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywordsセンサ / 嗅覚 / インフォマティクス
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、膜型表面応力センサ(Membrane-type Surface Sensor)をセンサのプラットフォームとして、測定環境に影響を受けないロバストな嗅覚センサシステムの構築を目指すものである。初年度となる2020年度は、まず測定法について検討を行い、測定プロトコルの最適化を行った。具体的には、多チャンネルMSSチップをニオイにかざすことで測定を行う「フリーハンド測定」のセンサチップのかざし方と、その結果得られる各センサチャンネルの応答の時系列データより計算される「伝達関数比」からの特徴量抽出法の検討を行った。評価方法としては、最終的に得られる伝達関数比のデータセットに対してクラスタ分析および機械学習識別モデルの構築を行った。その結果、センサチップをかざす頻度は高く、また解析に用いる伝達関数比は低周波成分を用いることで、クラスタの指標であるDavies-Bouldin indexが良くなり、また機械学習識別モデルも高精度のものが構築できることを明らかにした。また、これらの結果は、MSSを含むナノメカニカルセンサの理論モデルとも対応しており、ナノメカニカルセンサの感応膜でのガスの吸収・脱着のダイナミクス、および感応膜の粘弾性的な性質を反映していることがわかった。
また、恒温恒湿装置を導入し、ポリマー材料を感応膜材料として用いたMSSにより、温度・湿度を様々に変えた環境下での測定データの収集を始めた。これまでに、センサの応答が温度に対して安定な材料、湿度に対して安定な材料などが確認されている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ニオイ識別を行う測定法についてその安定性を評価することで、今後の研究におけるロバスト性の基礎が確立された。この測定法に関しての基礎的な知見およびナノメカニカルセンサの理論モデルとの対応が取れたことは、今後本格的に温湿度の影響を評価していく上で重要である。また、ポリマー材料を中心に、感応膜としての特性の温湿度に対する影響を評価し、測定データを収集できたことから、当初の計画通り順調に研究が進行しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画通り、温湿度に対するセンサ応答のデータを蓄積し、それを活用した嗅覚センサシステムを構築することを目指す。具体的には、初年度で温湿度安定性を評価したポリマーに加えてカーボン系材料やシリカチタニアナノ粒子等、これまでに感応膜としての実績のあるナノ材料についても同様に温湿度安定性を評価したデータの収集を行う予定である。また、測定するニオイについてもこれまでの単成分ガスだけでなく、多成分からなる実際のニオイ試料についても評価を行っていく予定である。

  • Research Products

    (9 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Waterloo(カナダ)

    • Country Name
      CANADA
    • Counterpart Institution
      University of Waterloo
  • [Journal Article] Hydrogen detection using membrane-type surface stress sensor2020

    • Author(s)
      Yakabe Taro、Imamura Gaku、Yoshikawa Genki、Kitajima Masahiro、Itakura Akiko N
    • Journal Title

      Journal of Physics Communications

      Volume: 4 Pages: 025005~025005

    • DOI

      10.1088/2399-6528/ab7319

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Nanomechanical Recognition and Discrimination of Volatile Molecules by Au Nanocages Deposited on Membrane-Type Surface Stress Sensors2020

    • Author(s)
      Osica Izabela、Melo Antonio F. A. A.、Lima Filipe C. D. A.、Shiba Kota、Imamura Gaku、Crespilho Frank N.、Betlej Jan、Kurzydowski Krzysztof J.、Yoshikawa Genki、Ariga Katsuhiko
    • Journal Title

      ACS Applied Nano Materials

      Volume: 3 Pages: 4061~4068

    • DOI

      10.1021/acsanm.0c00115

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Development of a Mobile Device for Odor Identification and Optimization of Its Measurement Protocol Based on the Free-Hand Measurement2020

    • Author(s)
      Imamura Gaku、Yoshikawa Genki
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 20 Pages: 6190~6190

    • DOI

      10.3390/s20216190

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Graphene Oxide as a Sensing Material for Gas Detection Based on Nanomechanical Sensors in the Static Mode2020

    • Author(s)
      Imamura Gaku、Minami Kosuke、Shiba Kota、Mistry Kissan、Musselman Kevin、Yavuz Mustafa、Yoshikawa Genki、Saiki Koichiro、Obata Seiji
    • Journal Title

      Chemosensors

      Volume: 8 Pages: 82~82

    • DOI

      10.3390/chemosensors8030082

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Nanomechanical Gas Sensing with Laser Treated 2D Nanomaterials2020

    • Author(s)
      Mistry Kissan、Ibrahim Khaled H.、Novodchuk Inna、Ngo Hyunh Thien、Imamura Gaku、Sanderson Joseph、Yavuz Mustafa、Yoshikawa Genki、Musselman Kevin P.
    • Journal Title

      Advanced Materials Technologies

      Volume: 5 Pages: 2000704~2000704

    • DOI

      10.1002/admt.202000704

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] モバイル嗅覚センサ実現に向けたニオイ計測手法の最適化2021

    • Author(s)
      今村岳、吉川元起
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 伝達関数比に基づくガスセンサシグナルからの水温の推定2020

    • Author(s)
      今村岳、吉川元起
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ケトーシス罹患判定方法及び装置2020

    • Inventor(s)
      中久保亮,石田三佳,吉川元起,南皓輔,今村岳,松阪秀喜,根本尚大
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構、農業・食品産業技術総合研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2020-122610

URL: 

Published: 2021-12-27  

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