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脳神経電位の網羅的超多チャネル計測に向けた次世代アナログ圧縮センシングチップ

研究課題

研究課題/領域番号 15H05525
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2018)
豊橋技術科学大学 (2015-2017)

研究代表者

秋田 一平  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10612385)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
23,530千円 (直接経費: 18,100千円、間接経費: 5,430千円)
2018年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2017年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2016年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2015年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
キーワードアナログ・デジタル集積回路 / 脳活動計測 / 圧縮センシング / フレキシブル / アナログ・デジタル集積回路設計
研究成果の概要

本研究期間においては、脳・機械接続技術(Brain machine interface)を実現のための研究開発として生体埋込デバイスの目指しており、主に、フレキシブルデバイス(生体適合パッケージかつセンサ/無線通信・給電用アンテナ)とLSIチップ(アンプ、ADC、無線回路等)の融合プロセス、及び、圧縮センシング理論をLSI化(ハードウェア化)を行った。前者については体内の埋込デバイスへの無線給電を想定したシステムを実現・実証し、後者については脳活動センシングを想定した100chアナログ計測と信号圧縮を同時に行うLSIの試作・実証に成功し、従来比で約80%の低消費電力化に成功している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脳活動計測など、生体内部をセンシングするためには長期的にかつ安定・安全に計測ができるための小型化・生体適合性・低消費電力化・体内への給電等様々な技術的課題を克服する必要がある。本研究で得られた結果から、生体適合性を保ちつつ小型化・高機能化を両立するような実装技術を確立できた。一方で、生体センシングに際しては情報量をより多く得るために多チャネル化が進んでおり、データ量増大に伴う消費電力増加が問題となりより効率的な情報圧縮手法が要求されている。これを解決する技術として、センシングと情報圧縮を同時に行う新たな計測技術を考案した。これらは、将来の安定・安全な生体センシングに貢献するものと期待できる。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 9件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] University of California, Los Angeles(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] A Dynamic Latched Comparator Using Area-Efficient Stochastic Offset Voltage Detection Technique2018

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Okazawa, Ippei Akita
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Electronics

      巻: E101.C 号: 5 ページ: 396-403

    • DOI

      10.1587/transele.E101.C.396

    • NAID

      130006729702

    • ISSN
      0916-8524, 1745-1353
    • 年月日
      2018-05-01
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A low-noise small-area operational amplifier using split active-feedback compensation technique2018

    • 著者名/発表者名
      Akita Ippei, Haibi Hicham, Ishida Makoto
    • 雑誌名

      Analog Integrated Circuits and Signal Processing

      巻: 96 号: 3 ページ: 555-564

    • DOI

      10.1007/s10470-018-1184-7

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A time-domain analog spatial compressed sensing encoder for multi-channel neural recording2018

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Okazawa, Ippei Akita,
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 1 号: 1 ページ: 184-184

    • DOI

      10.3390/s18010184

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Co-Design Method and Wafer-Level Packaging Technique of Thin-Film Flexible Antenna and Silicon CMOS Rectifier Chips for Wireless-Powered Neural Interface Systems2015

    • 著者名/発表者名
      Kenji Okabe, Horagodage Prabhath Jeewan, Shota Yamagiwa, Takeshi Kawano, Makoto Ishida and Ippei Akita
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 15 号: 12 ページ: 31821-31832

    • DOI

      10.3390/s151229885

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A current noise reduction technique in chopper instrumentation amplifier for high-impedance sensors2015

    • 著者名/発表者名
      I. Akita, M. Ishida
    • 雑誌名

      IEICE Electronics Express

      巻: 12 号: 11 ページ: 20150374-20150374

    • DOI

      10.1587/elex.12.20150374

    • NAID

      130005076117

    • ISSN
      1349-2543
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Mixed-domain analog frontend circuit design for power-efficient multi-channel sensor systems2018

    • 著者名/発表者名
      Ippei Akita, Takayuki Okazawa
    • 学会等名
      IEEE 2018 Int. Conf. on Advanced Technology for Commutations (ATC)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A 181nW 970u/√Hz accelerometer analog front-end employing feedforward noise reduction technique2018

    • 著者名/発表者名
      Ippei Akita, Takayuki Okazawa, Yoshihiko Kurui, Akira Fujimoto, Takashi Asano
    • 学会等名
      VLSI Circuits (VLSIC), Dig. Tech. Papers
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Inertial sensor systems2018

    • 著者名/発表者名
      Ippei Akita
    • 学会等名
      Solid-State Materials and Devices (SSDM)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A 181nW 970ug/√Hz accelerometer analog front-end employing feedforward noise reduction technique2018

    • 著者名/発表者名
      Ippei Akita
    • 学会等名
      VLSI回路シンポジウム国内報告会(神戸大学)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A robust and low-power synchronization technique of coarse-and-fine conversion parts in ring-oscillator-based time-to-digital converters2017

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Okazawa, Ippei Akita
    • 学会等名
      IEEE Int. Conf. Electronics, Circuits and Systems (ICECS)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] リングオシレータ位相によるカウンタ同期手法を用いた低消費電力時間ディジタル変換回路2017

    • 著者名/発表者名
      岡澤貴之, 秋田一平
    • 学会等名
      第30回 回路システムワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 細胞外電位計測用バッファアンプ搭載型3Dマイクロプローブアレイの製作と評価2016

    • 著者名/発表者名
      久保 寬, 牧野浩樹, 浅井晧平, 田中将徳, Leong Xian Long Angela, 久保田吉博, 山際翔太, 澤畑博人, 秋田一平, 石田 誠, 河野剛士
    • 学会等名
      第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 発表場所
      平戸文化センター, 長崎
    • 年月日
      2016-10-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] シリコンウィスカ神経電極プローブ用増幅器の設計2016

    • 著者名/発表者名
      Angela Leong Xian Long, 秋田一平, 牧野 浩樹, 石田 誠, 河野 剛士
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ, 新潟
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] A low-noise low-power neural recording amplifier on flexible thin film for fully implantable neural interface devices2016

    • 著者名/発表者名
      Horagodage Prabhath Jeewan, Kenji Okabe, Hajime Fukumaru, Takeshi Kawano, Makoto Ishida, Ippei Akita
    • 学会等名
      Proc. Asia-Pacific Conference on Transducers and Micro/Nano Technologies (APCOT)
    • 発表場所
      Kanazawa
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of trans impedance amplifier for silicon whisker neuroprobe2016

    • 著者名/発表者名
      Angela Leong Xian Long, Ippei Akita, Hiroki Makino, Hirohito Sawahata, Makoto Ishida, Takeshi Kawano
    • 学会等名
      Proc. Asia-Pacific Conference on Transducers and Micro/Nano Technologies (APCOT)
    • 発表場所
      Kanazawa
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sensor interface techniques2016

    • 著者名/発表者名
      Ippei Akita
    • 学会等名
      Symposium on VLSI Circuits (VLSIC)
    • 発表場所
      Honolulu
    • 年月日
      2016-06-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 完全埋込み型神経インターフェースに向けた、フレキシブル基板上への低ノイズ・低消費電力CMOSアンプの実装技術2016

    • 著者名/発表者名
      Horagodage Prabhith Jeewan,岡部謙志,福丸元,河野剛士,石田誠,秋田一平
    • 学会等名
      電子情報通信学会 LSIとシステムのワークショップ2016
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所
    • 年月日
      2016-05-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 集中定数回路モデルを用いた無線電力伝送デバイスの最適設計手法2016

    • 著者名/発表者名
      林康平, 岡部謙志, 石田誠, 秋田一平
    • 学会等名
      第29回 回路システムワークショップ論文集
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 年月日
      2016-05-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 低消費電力神経電位計測SoCのチップ間通信に向けた低遷移頻度コーディングの提案2016

    • 著者名/発表者名
      石森健人,藤澤良太,石田誠,秋田一平
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2016-03-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Digitally calibrated dynamic latched comparator with stochastic offset voltage detection technique for low-power ADCs2015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Okazawa, Takeshi Kawano, Makoto Ishida, Ippei Akit
    • 学会等名
      Int. Conf. Solid-State Devices and Materials (SSDM)
    • 発表場所
      Sapporo
    • 年月日
      2015-09-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of low-power analog/RF mixed-signal circuits with flexible thin film devices for wireless BMI system2015

    • 著者名/発表者名
      Ippei Akita
    • 学会等名
      IEEE Int. Symp. Radio-Frequency Technology (RFIT)
    • 発表場所
      Sendai
    • 年月日
      2015-08-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] センサAFEアレイに向けたAB級アンプの小面積・低消費電力化設計手法2015

    • 著者名/発表者名
      秋田一平, 石田誠
    • 学会等名
      第28回回路システムワークショップ
    • 発表場所
      淡路島
    • 年月日
      2015-08-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] A thin film flexible antenna with CMOS rectifier chip for RF-powered implantable neural interfaces2015

    • 著者名/発表者名
      Kenji Okabe, Ippei Akita, Shota Yamagiwa, Takeshi Kawanok, Makoto Ishida
    • 学会等名
      Int. Conf. Solid-State Sensors, Actuators, and Microsystems (Transducers)
    • 発表場所
      Anchorage
    • 年月日
      2015-06-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 3進ハフマン符号化圧縮を用いた64ch神経電位計測SoCの提案2015

    • 著者名/発表者名
      石森健人,藤澤良太,石田誠,秋田一平
    • 学会等名
      電子情報通信学会LSIとシステムのワークショップ2015
    • 発表場所
      北九州市
    • 年月日
      2015-05-11
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 時間ドメインアナログ信号処理回路を用いた神経電位計測向け圧縮センシングエンコーダ2015

    • 著者名/発表者名
      岡澤貴之, 石田誠, 秋田一平
    • 学会等名
      電子情報通信学会LSIとシステムのワークショップ2015
    • 発表場所
      北九州市
    • 年月日
      2015-05-11
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-10-14  

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