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2022 Fiscal Year Research-status Report

ニオイの直接音声周波数展開による直感的ニオイ認識技術体系の創出

Research Project

Project/Area Number 20K20554
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

吉川 元起  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (70401172)

Project Period (FY) 2020-07-30 – 2024-03-31
Keywords音声変換 / ニオイ / 嗅覚センサ / パターン認識
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、嗅覚と聴覚に共通する「直感性」と「複合性」に着目し、ニオイを音声データに直接変換することにより、従来の嗅覚センサとは全く異なる新たな測定・解析方法を確立することを目的としている。
本年度は、昨年度までに構築したガス制御-音声測定システムを用いて、特に時間領域と周波数領域の両領域で測定を行う事により、各種ガスが識別可能であることを実証することに成功した。具体的には、共振器、スピーカー、マイクを組み合わせた音声測定システムに測定対象ガスを流し、その際に生じる共振器内のガスの密度や音速の変化を精密に測定した。得られた共振周波数の変化から、各ガスの音速を解析的に求めたところ、古典的な予測通り、対象ガスの濃度が高くなるとガス密度が高くなり、音速が低下することが確認された。この周波数領域のデータに対し、時間領域のデータ(特定周波数における音圧レベルの時系列変化)は、各種ガスの揮発性や濃度などの物理化学的特性によって、固有のプロファイルを示すことが明らかになった。この時間領域のデータから複数の特徴量を抽出して多次元解析を実施することにより、ガス種や濃度を識別可能であることを実証した。また、本アプローチで得られる音圧レベルの濃度依存性を調べたところ、極めて高い線形性が確認された。さらに、測定可能なガス濃度レベルを検証したところ、ヘキサン分子において数10 ppmまで測定可能であることが確認された。
この他、本アプローチで重要となるMEMSデバイスについて、その素子感度を向上させる手法や、これらセンサシステムの各種アプリケーションへの適用可能性についても検証を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

各種ガスを明確に識別可能なシステムが完成しただけで無く、その解析方法まで確立することに成功したため。

Strategy for Future Research Activity

これまでに得られた結果を踏まえて、今後は大きく分けて二つの方向に研究を展開する。
一つ目は、これまでに構築したガス制御-音声測定システムの簡便化である。現状のシステムでは、ガスの制御や音声の測定に実験室レベルの装置を用いているが、これを個人でも利用可能な部品によって構成し、同様のガス識別の可能性を実証する。
二つ目は、本アプローチの高性能化である。特にガスの測定で重要となる感度について、測定方法や解析方法などを多角的に検討することにより、可能な限り高い感度になるよう調整を試みる。

Causes of Carryover

音響測定に使用する消耗品費の一部を、翌年度に使用する事とした。

  • Research Products

    (17 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 9 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Dual domain acoustic olfactory discriminator2023

    • Author(s)
      Yildirim Tanju、Feng Meng-Qun、Ngo Thuc Anh、Shiba Kota、Minami Kosuke、Yoshikawa Genki
    • Journal Title

      Sensors and Actuators A: Physical

      Volume: 350 Pages: 114102~114102

    • DOI

      10.1016/j.sna.2022.114102

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Linear Stiffness Tuning in MEMS Devices via Prestress Introduced by TiN Thin Films2023

    • Author(s)
      Zhuang Chao、Minami Kosuke、Shiba Kota、Yoshikawa Genki
    • Journal Title

      ACS Applied Engineering Materials

      Volume: 1 Pages: 1213~1219

    • DOI

      10.1021/acsaenm.3c00034

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Measurement of Volatile Fatty Acids in Silage through Odors with Nanomechanical Sensors2023

    • Author(s)
      Minami Kosuke、Kobayashi Hisami、Matoba Masaaki、Kamiya Yuko、Maji Subrata、Nemoto Takahiro、Tohno Masanori、Nakakubo Ryoh、Yoshikawa Genki
    • Journal Title

      Biosensors

      Volume: 13 Pages: 152~152

    • DOI

      10.3390/bios13020152

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Detection of Trace Amounts of Water in Organic Solvents by DNA-Based Nanomechanical Sensors2022

    • Author(s)
      Murata Tomohiro、Minami Kosuke、Yamazaki Tomohiko、Yoshikawa Genki、Ariga Katsuhiko
    • Journal Title

      Biosensors

      Volume: 12 Pages: 1103~1103

    • DOI

      10.3390/bios12121103

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Recent Advances in Nanomechanical Membrane-Type Surface Stress Sensors towards Artificial Olfaction2022

    • Author(s)
      Minami Kosuke、Imamura Gaku、Tamura Ryo、Shiba Kota、Yoshikawa Genki
    • Journal Title

      Biosensors

      Volume: 12 Pages: 762~762

    • DOI

      10.3390/bios12090762

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] MSS嗅覚センサシステムの研究・開発・実証・実装2023

    • Author(s)
      G. Yoshikawa
    • Organizer
      R041委員会 第2回研究会
    • Invited
  • [Presentation] 嗅覚センサの歴史と現状、およびMSS嗅覚センサの研究開発と最新状況2023

    • Author(s)
      G. Yoshikawa
    • Organizer
      技術情報協会セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 五感センサ最後のフロンティア「嗅覚センサ」への挑戦2022

    • Author(s)
      G. Yoshikawa
    • Organizer
      第24回 産業ときめきフェア「分析化学の最前線」
    • Invited
  • [Presentation] 農業・医療応用に向けたAI嗅覚センサによる生体ガス測定2022

    • Author(s)
      G. Yoshikawa
    • Organizer
      NIMS WEEK 2022
  • [Presentation] 嗅覚センサシステムの研究・開発・実証・実装2022

    • Author(s)
      G. Yoshikawa
    • Organizer
      第12回 CSJ化学フェスタ2022
    • Invited
  • [Presentation] 嗅覚センサシステムの研究・開発・実証・実装2022

    • Author(s)
      G. Yoshikawa
    • Organizer
      第6回 感覚フロンティア研究シンポジウム ー異分野融合が拓くミライの感覚ー
    • Invited
  • [Presentation] 嗅覚センサの原理と歴史・研究と開発・実証と実装2022

    • Author(s)
      G. Yoshikawa
    • Organizer
      新化学技術推進協会 電子情報技術部会 マイクロナノシステムと材料・加工分科会 勉強会
    • Invited
  • [Presentation] 嗅覚センサの研究・開発・実証・実装2022

    • Author(s)
      G. Yoshikawa
    • Organizer
      第83回 応用物理学会秋季学術講演会 シンポジウム「人工嗅覚エレクトロニクス・インフォマティクスの研究最前線と展望」
    • Invited
  • [Presentation] 嗅覚IoTセンサーと機械学習でニオイの世界を再構成する2022

    • Author(s)
      G. Yoshikawa
    • Organizer
      シュレディンガーの水曜日
    • Invited
  • [Presentation] 嗅覚センサによるニオイの計測およびその評価と解析方法2022

    • Author(s)
      G. Yoshikawa
    • Organizer
      R&D支援センターセミナー
    • Invited
  • [Remarks] Olfactory Sensors Group

    • URL

      http://y-genki.net

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 音響測定によるガスの特性抽出方法およびそのための装置2022

    • Inventor(s)
      ユルドゥルムタンジュ、吉川元起
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-166570

URL: 

Published: 2023-12-25  

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