人間の内耳基底膜と等価な構造を有するマイクロセンサ・アクチュエータの研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10355018
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 安藤 繁 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70134468)
• 研究分担者: 原田 宗生 住友金属工業, デバイス技術室, 副主任研究員 ; 篠田 裕之 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (40226147) ; 来海 暁 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30312987)
• キーワード: 聴覚センサ / 生物模倣 / 音源定位 / Fishbone構造 / マイクロマシニング / AM-FM検出 / 時間周波数分解 / 補聴器

研究概要

本研究は、Fishbone構造を用いたセンサ/アクチュエータ機構の実用レベルへの展開を目的とする。Fishbone構造とは、人間の蝸牛基底膜と等価な構造をシリコン基板上に平板振動構造として実現する、知能化マイクロフォンの基本構造を指す。本研究の具体的な応用ターゲットとしては、a)音声認識のための知能化マイクロフォン、b)適応的周波数補償を行う補聴器、を想定している。
前年度までに1)Fishbone構造の理論的検討、シミュレーションおよびそれらに基づく設計パラメータの導出、2)振動検出素子を埋め込んだFishbone構造のマイクロマシニングによる試作、3)試作品の動作確認、および補聴器を想定した電流加算型周波数特性可変フィルタの作成、4)高効率エネルギー伝達のための最適Fishbone構造の設計、5)Fishboneセンサ出力からのAM-FM特徴抽出理論の構築、6)Fishboneセンサの応用による単耳音源定位センサの実現、を行ってきた。これを承けた本年度の成果は以下の通りである。
1.PWM変調ディジタル検出型Fishboneセンサの提案
ピエゾ抵抗検出型Fishboneセンサの振動検出をPWM変調に基づきディジタル的に行う方法を提案した。本方式により、Fishboneセンサの製作においてマイクロマシニングとCMOS集積回路プロセスを共存させることができ、Fishboneセンサをワンチップ上に実装したコンパクトな構成が可能になる。
2.メンフクロウをモデルとした音源定位センサの実現
高い音源定位能力で知られるメンフクロウの耳の構造を模倣することにより、上下左右方向の2次元音源定位を行うセンサを提案し試作した。本センサではさらに入力素子としてサブバンド並列出力の機能を持つFishboneセンサを利用することにより、定位可能な空間の拡大と分解能の向上が同時に達成可能になる。

研究成果

• [文献書誌] S.Ando,S.Araki,N.Ono,A.Kimachi,M.Harada and N.Ikeuchi: "Fishbone acoustic sensor with digital PWM controlled frequency characteristics"Tech.Digest of 17th Sensor Symp.,Kawasaki,Japan. 359-362 (2000)
• [文献書誌] N.Ono,Y.Zaitsu,T.Nomiyama and S.Ando: "Biomimicry sound source localization with "Fishbone""Tech.Digest of 17th Sensor Symp.,Kawasaki,Japan. 369-374 (2000)
• [文献書誌] 小野,財津,野見山,安藤: "聴覚系を模倣した単耳音源定位システム"信学技報. EA2000-42. 25-32 (2000)
• [文献書誌] 小野,安藤: "メンフクロウをモデルとした音源定位システム"電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会,東京. MSS-00-10. 19-24 (2000)
• [文献書誌] N.Ono and S.Ando: "Maximum resolution AM-FM analysis of quasi-harmonic signals based on logarithmic differential decomposition"Proc.WESTPRAC VII,Kumamoto,Japan. 417-420 (2000)
• [文献書誌] 小野,安藤: "メンフクロウをモデルとした2次元音源定位センサ"日本音響学会2001年春期研究発表会,つくば. (2001)
• [文献書誌] 小野,財津,野見山,安藤: "聴覚系を模倣した単耳音源定位センサ"日本音響学会2001年春期研究発表会,つくば. (2001)