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2021 Fiscal Year Research-status Report

Study on innovative body area networks for the deep inside and around the living body

Research Project

Project/Area Number 21K12812
Research InstitutionTokyo Polytechnic University

Principal Investigator

越地 福朗  東京工芸大学, 工学部, 准教授 (00610445)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsボディエリアネットワーク / アンテナ / 電磁界 / 人体 / 生体電磁波エネルギー吸収率
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、申請者が提案する磁界励振型の送受信アンテナによる生体周辺通信を、生体周囲のみならず生体内部・深部へと拡張し、生体内外を通信エリアとする次世代の新しいボディエリア通信へと発展させるものである。生体内外に配置されるアンテナの構造に対するアンテナの特性や伝送特性を検討し、最終的には、電磁環境両立性(電磁波に対する生体安全性やイミュニティ評価など)の検討も行い、アンテナの設計手法、アンテナおよび生体を含めたシステム設計手法などを確立する。従来のボディエリア通信の伝送品質や伝送特性などの技術課題を根本的に解決する次世代の革新的ボディエリア通信技術へと発展させることをめざすものである。
2021年度は、生体内外に配置されるアンテナとしてヘリカルコイル型とスパイラルコイル型を対象として、アンテナ構造や形状に対する特性、具体的には、コイル型アンテナの形状に対する最適動作周波数(共振周波数)や、生体深部を含む生体内外間に配置されるアンテナ同士の伝送特性、また、アンテナが生体内外に形成する電磁界分布などの検討を行った。
その結果、有限要素法にもとづく電磁界解析を駆使し、磁界励振型アンテナの巻数やピッチなどに対する周波数特性を明確化した。また、磁界励振型アンテナが生体内外に形成する電磁界分布を明らかにし、高誘電率である生体の影響を大きく受けずに、生体周囲のみならず、生体内においても、効果的に通信エリアを形成できることが確認された。
さらに、実用的でよりスマートなウェアラブルアンテナの例として、腕部を装着箇所とした場合を検討し、曲面状の腕部に沿ってスパイラルコイルを湾曲させて配置する検討をおこなった。その結果、コイルの湾曲変形に対する伝送特性変動は小さく、良好な伝送特性が維持されることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2021年度は、生体内外に配置されるアンテナとしてヘリカルコイル型とスパイラルコイル型を対象として、アンテナ構造や形状に対する特性、具体的には、コイル型アンテナの形状に対する最適動作周波数(共振周波数)や、生体深部を含む生体内外間に配置されるアンテナ同士の伝送特性、また、アンテナが生体内外に形成する電磁界分布などの検討を行っている。さらに、実用的でよりスマートなウェアラブルアンテナ装着例として、曲面状の腕部に沿ってスパイラルコイルを湾曲させて配置した際の伝送特性検討も行っている。各種検討は、数値電磁界解析による解析的検討と、試作アンテナと生体等価ファントムを用いた実測による実験的検討の両面から行っている。当初の研究計画どおり、順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

前年度の成果をふまえて、より具体的な検討へと移行したいと考えている。ウェアラブル機器やインプランタブル機器を身につけて生活することを考えると、日常生活において、様々な人体の姿勢変動が考えられる。
本研究で提案・検討する磁界励振型アンテナとして、スパイラルコイルやヘリカルコイルを基本構造とするウェアラブル・インプランタブルアンテナを送受信アンテナとしたときの姿勢変動などに対する送受信アンテナ間の伝送特性変動や伝送周波数特性、電磁界分布などの検討を進める。
さらに、本研究は、生体周辺通信を、生体周囲のみならず生体内部・深部へと拡張し、生体内外を通信エリアとする新しいボディエリア通信であり、アンテナ自体が、生体近傍や生体内に配置されるため、人体・生体の電磁波防護の観点から、アンテナや電子回路から放射される電磁波に対する生体安全性や電磁ノイズに対するイミュニティについても検討する必要があると考える。特に、電磁的な生体安全性については、生体の電磁波エネルギー吸収率である局所Specific Absorption Rate (SAR) 値によって評価を行う。評価には、国際非電離放射線防護委員会(ICNIRP)によって定められた国際ガイドラインや総務省の定めるSAR制限値と照らし合わせて評価を実施し、生体安全性の確認を行う。
これらの検討については、すでに所有している電磁界解析ソフトウェア(現有設備)やネットワークアナライザ(現有設備)、インピーダンスアナライザ(現有設備)、誘電体プローブ(現有設備)によって行う。また、必要に応じて、研究協力先である東京大学や東京理科大学の研究設備なども利用して行う。

Causes of Carryover

計画立案時に購入を予定していた物品の一部に価格の変化があり、購入を見送ったためである。2022年度に同等代替品の購入費用として利用する。

  • Research Products

    (24 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Transparent antenna with high radiation efficiency and high optical transmittance using dielectric-metal-dielectric composite materials based on ITO/Ag/ITO multilayer film2022

    • Author(s)
      Fukuro Koshiji, Yoji Yasuda, Yuri Yamada, Katsumi Yamada, and Takayuki Uchida
    • Journal Title

      Transactions of the Japan Institute of Electronics Packaging

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Reduction of Sheet Resistance and Improvement of Radiation Efficiency by Annealing Treatment of ITO Transparent Antenna2022

    • Author(s)
      Yuri YAMADA, Fukuro KOSHIJI, Yoji YASUDA, Katsumi YAMADA, Takayuki UCHIDA
    • Organizer
      International Conference on Electronics Packaging 2022 (ICEP 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 医療ヘルスケアシステム用広帯域円偏波ダイポールアンテナの検討2022

    • Author(s)
      高橋裕寛, 越地福朗
    • Organizer
      第31回ライフサポート学会フロンティア講演会
  • [Presentation] 腕部上に配置する通信用スパイラルコイルの変形に対する伝送特性の検討2022

    • Author(s)
      市川達大,越地福朗
    • Organizer
      第31回ライフサポート学会フロンティア講演会
  • [Presentation] 経皮エネルギー伝送用コイルの変形に対する伝送特性の検討2022

    • Author(s)
      坂本世成,越地福朗
    • Organizer
      第31回ライフサポート学会フロンティア講演会
  • [Presentation] 経皮エネルギー伝送用コイルの変形に対する伝送特性2022

    • Author(s)
      坂本世成,越地福朗
    • Organizer
      第36回エレクトロニクス実装学会春季講演大会
  • [Presentation] ITO 透明導電膜で形成するマイクロストリップ線路の伝送特性の検討2022

    • Author(s)
      鈴木美里, 越地福朗,山田友里,安田洋司,山田勝実,内田孝幸
    • Organizer
      第36回エレクトロニクス実装学会春季講演大会
  • [Presentation] 4周波遮断帯域を有するUWB用半円台形不平衡ダイポールアンテナの検討2022

    • Author(s)
      古川宙磨, 越地福朗
    • Organizer
      第36回エレクトロニクス実装学会春季講演大会
  • [Presentation] 透明アンテナ用ITO導電膜のシート抵抗と放射効率の膜厚依存性2022

    • Author(s)
      山田友里, 越地福朗, 安田洋司, 山田勝実, 内田孝幸
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Analysis of Reflection Characteristics and Radiation Efficiency on Thickness and Conductivity of Monopole Antenna Using Transparent Conductive Film2021

    • Author(s)
      Yuri YAMADA, Fukuro KOSHIJI, Yoji YASUDA, Takayuki UCHIDA, Katsumi YAMADA, Kohji KOSHIJI
    • Organizer
      International Conference on Electronics Packaging 2021 (ICEP 2021)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation of Broadband Circularly-Polarized Unbalanced Dipole Antenna Consisting of Semicircular and Trapezoidal Elements2021

    • Author(s)
      Hironori TAKAHASHI, Fukuro KOSHIJI, Kohji KOSHIJI
    • Organizer
      International Conference on Electronics Packaging 2021 (ICEP 2021)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation of Radiation Efficiency of Antenna Using Transparent Conductive Thin Film2021

    • Author(s)
      Fukuro KOSHIJI, Yuri YAMADA, Yoji YASUDA, Takayuki UCHDA, Katsumi YAMADA
    • Organizer
      International Conference on Advanced Imaging 2021 (ICAI2021)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ウェアラブル電極を身につけた二人の間の人体通信の伝送特性の検討2021

    • Author(s)
      黒木遥, 越地福朗
    • Organizer
      生活生命支援医療福祉工学系学会連合大会2020-2021(LIFE2020-2021)
  • [Presentation] UWB用広帯域アンテナにおける遮断帯域形成用共振器の小型化の検討2021

    • Author(s)
      古川宙磨, 越地福朗
    • Organizer
      第31回マイクロエレクトロニクスシンポジウム(MES2021)
  • [Presentation] 衣服への組み込みのための導電性布を用いたフレキシブル広帯域半円台形不平衡ダイポールアンテナ2021

    • Author(s)
      富澤将哉, 越地福朗
    • Organizer
      第31回マイクロエレクトロニクスシンポジウム(MES2021)
  • [Presentation] 透明アンテナ用ITO透明導電膜のアニール処理によるシート抵抗の低減とアンテナの放射効率改善の検討2021

    • Author(s)
      山田友里, 越地福朗, 安田洋司, 山田勝実, 内田孝幸
    • Organizer
      第31回マイクロエレクトロニクスシンポジウム(MES2021)
  • [Presentation] 複数遮断帯域を有する広帯域半円台形不平衡ダイポールアンテナの検討2021

    • Author(s)
      古川宙磨, 越地福朗, 越地耕二
    • Organizer
      JPCA Show 2021 アカデミックプラザ
  • [Presentation] UWB用広帯域円偏波不平衡ダイポールアンテナの円偏波特性の検討2021

    • Author(s)
      高橋裕寛, 越地福朗, 越地耕二
    • Organizer
      JPCA Show 2021 アカデミックプラザ
  • [Presentation] 導電性布を用いる衣服と一体化する広帯域半円台形不平衡ダイポールアンテナのアンテナ特性の検討2021

    • Author(s)
      富澤将哉, 越地福朗, 越地耕二
    • Organizer
      JPCA Show 2021 アカデミックプラザ
  • [Presentation] 透明導電膜を利用するモノポールアンテナにおける放射効率の検討2021

    • Author(s)
      山田友里, 越地福朗, 安田洋司, 内田孝幸, 山田勝実, 越地耕二
    • Organizer
      JPCA Show 2021 アカデミックプラザ
  • [Presentation] 人体通信用ウェアラブル電極が生体内部および周囲につくる電磁界分布の検討2021

    • Author(s)
      黒木遥, 越地福朗, 越地耕二
    • Organizer
      JPCA Show 2021 アカデミックプラザ
  • [Presentation] メタマテリアルによるアンテナ特性の制御2021

    • Author(s)
      越地福朗
    • Organizer
      エレクトロニクス実装学会次世代配線板研究会 第1回公開研究会
    • Invited
  • [Presentation] IoT時代に対応するアンテナの高性能化-広帯域化,高利得化,円偏波化,透明化技術に着目して-2021

    • Author(s)
      越地福朗
    • Organizer
      エレクトロニクス実装学会システム設計研究会 第2回公開研究会
    • Invited
  • [Remarks] 東京工芸大学 越地研究室

    • URL

      https://www.gen.t-kougei.ac.jp/koshijilab/

URL: 

Published: 2022-12-28  

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