2012 Fiscal Year Research-status Report
ウェアラブルな呼吸センサ開発と実践応用に関する研究
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24650397
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
佐々木 実 豊田工業大学, 工学部, 教授 (70282100)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
KUNDU Subrata 豊田工業大学, 工学部, 研究員 (00621327)
熊谷 慎也 豊田工業大学, 工学部, 准教授 (70333888)
齊藤 満 愛知学院大学, 心身科学部, 教授 (80126862)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ウェアラブルセンサ / 呼吸センサ / 容量 / 無拘束 / スポーツ |
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| Research Abstract |
人体を挟んだ電極で形成する容量計測式のセンサの研究を以下のように進めた。
(1)製作したウェアラブル呼吸センサの設備としての高度化を進めた。まず、容量検出が胸部と腹部の2箇所で可能となるように2チャンネル化した。測定データが同時に得られるようになり、波形が異なるなど、別の信号が得られていることを確認した。特に、胸部と腹部とでは変化の仕方が逆になることが分かった。また、バッテリ駆動でZigbeeを利用した無線による信号転送を実現した。パソコン画面上にデータ値が表示されて流れる状態であるが、それを記録してグラフ化し、有線の場合と同じように得られることを確認した。有線タイプのセンサユニットを齊藤満教授に提供した（不具合の修理に1度対応した）。実際に製作したセンサを着て、ある学生に3時間睡眠をとってもらったところ、無呼吸になっていると思われる様子もデータから判断が付いた。
(2)スパイロメータで得られるFlow-Volumeカーブにどれだけ近いカーブを本方式で出せるかを調べた。Flowについては、容量信号の時間変化に該当させた。衣服ではなく、皮膚に直接電極を貼り付けた（サロンパスのような電極固定）。6分間の呼吸信号測定前後で、深呼吸した際の信号ベースがほぼ同じで信号ドリフトが少ないことを見出した。さらに、腹よりも胸に貼り付けた電極から得られる信号の方が、Flow-Volumeカーブに近いものを示すことを見出した。その際には、現在の自作回路の時定数が最適ではないことも明らかとなり（今後改良していく）、購入設備であるインピーダンスアナライザを用いて容量信号測定を行った。
並行して、学会発表と雑誌論文投稿を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
センサの高度化を進めることができた。デモンストレーションも行え、藤満教授に１つを提供することもできた。また、無線タイプのセンサユニットもできた。実践的な計測は、睡眠時の無呼吸チェックを行った程度であるが、様々な計測ができる下地はできてきた。また、雑誌論文も掲載された。2013年春の応用物理学会に投稿したところ、注目論文として取り上げられた。以上から、おおむね順調に進んでいると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
様々な運動時の呼吸信号を測定していく。無線化したシステムも積極的に利用する。センサユニットの容量計測用のハードウェアについては、ダイオードを利用した単純な整流回路を利用しているため、センサ出力信号の時定数がダイオードのON/OFFで変わってしまうことが信号解析を難しくすることが分かった。これを修正していく。
なお、Kundu研究員の渡米の後、現在は研究室のPD研究員を公募している。本人の希望も配慮するが、本研究に参加するように検討する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
引き続き、齊藤満教授と協力して進める。齊藤満教授の予算額を増やしたのは、屋外でセンサユニットを利用してデータを収集できるようにするために、壊れにくいパソコン等を用意するためである。佐々木および熊谷はセンサユニットの製作や改良等を引き続き進めていくための予算を計上した。
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[Presentation] Wearable Capacitive Breathing Sensor2012
Author(s)
Subrata Kumar Kundu, Shinya Kumagai, Minoru Sasaki
Organizer
Extended Abstracts of the 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials, Late News, PS-11-14L, pp.386-387
Place of Presentation
Kyoto, Japan
Year and Date
20120926-20120926
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