2014 Fiscal Year Annual Research 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 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KUNDU Subrata 豊田工業大学, 工学部, 研究員 (00621327) [Withdrawn]
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, 公私立大学の部局等, 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 / 容量計測 / 無拘束 / スポーツ / 周波数特性 / 皮膚 / 長期安定性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
科研費申請時点で、静電容量による呼吸計測方式を見出していたが、信号発生の原因や、実践応用に必要な運動中の計測は実現できていなかった。昨年度得られた周波数特性を考察し、信号はほぼ容量性で皮膚周辺で値が決まっていること、容量そのものが変化していることが分かり、皮膚の電気的な厚み変化が信号発生の主原因であると考えられた。そこで、皮膚に密着する電極により、体の信号を正確に測定する方針で進めた。
電極貼り付けに、スポーツテープやジェルシート（傷口カバー用）を利用するのに比べて、エアウォール(厚さ7μmのドレッシングフィルム)を電極下地とカバーに貼る方法が良いと分かった。容量信号が大きく、汗による計測不良を回避し、安定固定により再現性が向上した。
(1)長時間計測：電極を腹部に貼り付けたまま、朝、昼食前、昼食中、昼食後、15時、16時の計6回、姿勢を安定させて平常呼吸を測定した。息を吸ったときは容量が増加し、吐いた時は減少する（約10pF）に加えて、空腹時は静電容量のベースラインが減少し、満腹時は増加した。
(2)運動中の計測：無線ユニットにより被験者の運動を可能にした。(a)上半身を約110°ひねった条件、(b)前後屈の条件で平常呼吸を計測した。体動は多少のノイズを生じたが、呼吸信号が観察できた。皮膚がたるんだり伸びたりすると変化の割合が小さくなることから、静電容量の変化は皮膚の変化に相関があると再確認した。容量値の最大／最小は4倍程度で、センサが用意すべき計測範囲の問題にならないと考える。
以上、提案方式の呼吸センサは、皮膚の伸び縮みを主として測定しているという知見に至った。電極貼り付けが安定すると、長時間計測が可能で、食事による体のふくらみのような変化も静電容量の変化となって表れる。数例であるが、歩行、走行、上半身ねじり、前後屈の動きの中で被験者の呼吸信号を継続計測できた。
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| Remarks |
高校生向け研究紹介の記事が掲載予定（理工、生命系学部・学科進学ブック「テクノ・コム’16」西北出版株式会社（発刊部数 10万部）。
豊田工業大学 難環境作業スマート機械技術研究センター第１回シンポジウム(2014.11.6)にてポスター発表。愛知学院大学論叢 心身科学部紀要 第11号 2015年12月に紹介予定。
第62回 応用物理学会 春季学術講演会 11p-A29-9 は注目論文に選出された。
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