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インフォマティクスを活用したロバスト嗅覚センサシステムの構築

研究課題

研究課題/領域番号 20K05345
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分29030:応用物理一般関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

今村 岳  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 独立研究者 (60715754)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード嗅覚センサ / ガスセンサ / 計測インフォマティクス / センサ / 嗅覚 / インフォマティクス
研究開始時の研究の概要

ニオイを検知・識別する「嗅覚センサ」は、IoT化が進む現代において様々な分野での応用が期待されている。実用的な嗅覚センサを実現するためには、測定環境に影響されないロバストなセンサシステムを構築する必要があるが、様々な環境下で得られた膨大なニオイ測定データからその指針を得る手法はこれまで確立されていない。そこで本研究では、小型測定機を用いた かざすだけ測定によりニオイ測定データを取得して大規模ニオイ測定データベースを構築し、これにインフォマティクスを適応することで、測定環境(温湿度)の影響を受けない識別モデルの開発、および測定系を最適化する指針の策定を行う。

研究成果の概要

本研究は、温度や湿度等の外乱の影響を受けないロバストな嗅覚センサシステムを構築することを目的としている。本研究では、ニオイを検知するためのセンサプラットフォームとして膜型表面応力センサ(Membrane-type Surface stress Sensor, MSS)を用いた測定系を組み、ハード・ソフトの両面からのアプローチによりロバストな嗅覚センサシステムの構築を行った。研究期間中、インフォマティクスを活用することにより測定法・解析法の最適化を行い、さらに外乱の影響を排除できる新規測定法の開発を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

センサはSociety 5.0を実現するための必須の技術である。特に嗅覚センサは、気相中の化学的な情報を検知する技術として様々な応用が期待されているが、その技術的な難易度の高さからこれまで有効な社会実装には至っていない。その原因となっている重要な課題の一つが、外乱の影響により精度が低下することである。本研究により嗅覚センサのロバスト性を向上させられたことは、実用的な嗅覚センサを実現するために必須の技術であり、これにより社会実装の加速が期待される。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 5件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (3件) 図書 (3件) 産業財産権 (4件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] University of Waterloo(カナダ)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Repetitive Direct Comparison Method for Odor Sensing2023

    • 著者名/発表者名
      Imamura Gaku、Minami Kosuke、Yoshikawa Genki
    • 雑誌名

      Biosensors

      巻: 13 号: 3 ページ: 368-368

    • DOI

      10.3390/bios13030368

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multivariate landscapes constructed by Bayesian estimation over five hundred microbial electrochemical time profiles2022

    • 著者名/発表者名
      Miran Waheed、Huang Wenyuan、Long Xizi、Imamura Gaku、Okamoto Akihiro
    • 雑誌名

      Patterns

      巻: 3 号: 11 ページ: 100610-100610

    • DOI

      10.1016/j.patter.2022.100610

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Recent Advances in Nanomechanical Membrane-Type Surface Stress Sensors towards Artificial Olfaction2022

    • 著者名/発表者名
      Minami Kosuke、Imamura Gaku、Tamura Ryo、Shiba Kota、Yoshikawa Genki
    • 雑誌名

      Biosensors

      巻: 12 号: 9 ページ: 762-762

    • DOI

      10.3390/bios12090762

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Visualization of Flow‐Induced Strain Using Structural Color in Channel‐Free Polydimethylsiloxane Devices2022

    • 著者名/発表者名
      Shiba Kota、Zhuang Chao、Minami Kosuke、Imamura Gaku、Tamura Ryo、Samitsu Sadaki、Idei Takumi、Yoshikawa Genki、Sun Luyi、Weitz David A.
    • 雑誌名

      Advanced Science

      巻: 10 号: 1 ページ: 2204310-2204310

    • DOI

      10.1002/advs.202204310

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Statistical Evaluation of Total Expiratory Breath Samples Collected throughout a Year: Reproducibility and Applicability toward Olfactory Sensor-Based Breath Diagnostics2021

    • 著者名/発表者名
      Inada Katsushige、Kojima Hiroshi、Cho-Isoda Yukiko、Tamura Ryo、Imamura Gaku、Minami Kosuke、Nemoto Takahiro、Yoshikawa Genki
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 21 号: 14 ページ: 4742-4742

    • DOI

      10.3390/s21144742

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 2step reaction kinetics for hydrogen absorption into bulk material via dissociative adsorption on the surface2021

    • 著者名/発表者名
      Taro Yakabe, Gaku Imamura, Genki Yoshikawa, Naoya Miyauchi, Masahiro Kitajima & Akiko N. Itakura
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 18836-18836

    • DOI

      10.1038/s41598-021-98347-4

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Odor-Based Nanomechanical Discrimination of Fuel Oils Using a Single Type of Designed Nanoparticles with Nonlinear Viscoelasticity2021

    • 著者名/発表者名
      Shiba Kota、Imamura Gaku、Yoshikawa Genki
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 6 号: 36 ページ: 23389-23398

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c03270

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hydrogen detection using membrane-type surface stress sensor2020

    • 著者名/発表者名
      Yakabe Taro、Imamura Gaku、Yoshikawa Genki、Kitajima Masahiro、Itakura Akiko N
    • 雑誌名

      Journal of Physics Communications

      巻: 4 号: 2 ページ: 025005-025005

    • DOI

      10.1088/2399-6528/ab7319

    • NAID

      130005974788

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nanomechanical Recognition and Discrimination of Volatile Molecules by Au Nanocages Deposited on Membrane-Type Surface Stress Sensors2020

    • 著者名/発表者名
      Osica Izabela、Melo Antonio F. A. A.、Lima Filipe C. D. A.、Shiba Kota、Imamura Gaku、Crespilho Frank N.、Betlej Jan、Kurzydowski Krzysztof J.、Yoshikawa Genki、Ariga Katsuhiko
    • 雑誌名

      ACS Applied Nano Materials

      巻: 0 号: 5 ページ: 0-0

    • DOI

      10.1021/acsanm.0c00115

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a Mobile Device for Odor Identification and Optimization of Its Measurement Protocol Based on the Free-Hand Measurement2020

    • 著者名/発表者名
      Imamura Gaku、Yoshikawa Genki
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 20 号: 21 ページ: 6190-6190

    • DOI

      10.3390/s20216190

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Graphene Oxide as a Sensing Material for Gas Detection Based on Nanomechanical Sensors in the Static Mode2020

    • 著者名/発表者名
      Imamura Gaku、Minami Kosuke、Shiba Kota、Mistry Kissan、Musselman Kevin、Yavuz Mustafa、Yoshikawa Genki、Saiki Koichiro、Obata Seiji
    • 雑誌名

      Chemosensors

      巻: 8 号: 3 ページ: 82-82

    • DOI

      10.3390/chemosensors8030082

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Nanomechanical Gas Sensing with Laser Treated 2D Nanomaterials2020

    • 著者名/発表者名
      Mistry Kissan、Ibrahim Khaled H.、Novodchuk Inna、Ngo Hyunh Thien、Imamura Gaku、Sanderson Joseph、Yavuz Mustafa、Yoshikawa Genki、Musselman Kevin P.
    • 雑誌名

      Advanced Materials Technologies

      巻: 5 号: 12 ページ: 2000704-2000704

    • DOI

      10.1002/admt.202000704

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] ガスセンサ測定における繰り返し測定によるSN比の向上2022

    • 著者名/発表者名
      今村 岳, 吉川 元起, 南 皓輔
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] モバイル嗅覚センサ実現に向けたニオイ計測手法の最適化2021

    • 著者名/発表者名
      今村岳、吉川元起
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 伝達関数比に基づくガスセンサシグナルからの水温の推定2020

    • 著者名/発表者名
      今村岳、吉川元起
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [図書] AROMA RESEARCH No.922022

    • 著者名/発表者名
      今村 岳, 松阪 秀喜, 吉川 元起
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      フレグランスジャーナル社
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [図書] におい分析評価・対策事例と頻出Q&A集2022

    • 著者名/発表者名
      竹村 明久、諸井 澄人、長谷川 登志夫
    • 総ページ数
      531
    • 出版者
      情報機構
    • ISBN
      9784865022292
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [図書] System-Materials Nanoarchitectonics2022

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Wakayama, Katsuhiko Ariga
    • 総ページ数
      338
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9784431569114
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [産業財産権] センサ出力信号の信号対雑音比を向上させる方法及び装置2023

    • 発明者名
      今村 岳/吉川 元起/南 皓輔/根本 尚大/的場 正晃
    • 権利者名
      国立研究開発法人物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] センサ出力信号の信号対雑音比を向上させる方法及び装置2022

    • 発明者名
      今村 岳/吉川 元起/南 皓輔/根本 尚大/的場 正晃
    • 権利者名
      国立研究開発法人物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [産業財産権] タマネギの変質検査方法及びタマネギ病原菌同定方法2022

    • 発明者名
      吉川元起/今村岳/南皓輔/逵瑞枝/下田武志/今成麻衣/中久保亮
    • 権利者名
      国立研究開発法人物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [産業財産権] ケトーシス罹患判定方法及び装置2020

    • 発明者名
      中久保亮,石田三佳,吉川元起,南皓輔,今村岳,松阪秀喜,根本尚大
    • 権利者名
      物質・材料研究機構、農業・食品産業技術総合研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-122610
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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