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

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20539
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
• Research Institution: Osaka 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
• 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

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.

Free Research Field

材料科学

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。