尿発電を用いたウエアラブル尿失禁センサシステムの構築

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K21504
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 田中 亜実 立命館大学, 理工学部, 助教 (70734151)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 尿失禁センサ / 尿発電 / パワーマネジメント回路 / 低電圧起動 / 導電性高分子 / おむつ取り替え

研究実績の概要

本研究では、エナジーハーベスト技術の有用な活用方法の一つとして「尿発電を用いたウエアラブルなバッテリレス無線尿失禁センサシステム」を実現させ、実用化を目指すことを目的としている。本技術により得られる電力はとても小さく、有効に活用するためには、エネルギー収支のバランスがとれたシステムの構築が重要である。そこで我々は、尿失禁センサシステムの電源として、尿失禁時の排尿を利用した発電を用い、パワーマネジメント回路により、エネルギーの収穫と消費をコントロールした。
当該年度では、我々が既に構築してきたシステムを実用化可能な形へと発展させていくために、次に示す２つの内容を実施した。
１つ目は、「安全で使い捨て可能な尿発電デバイスの開発」を行った。具体的には、尿発電デバイスの正極電極の選定、および、電極サイズ・おむつ内での電極配置の検討を行った。特に、正極電極として本研究期間前から使用している「スポンジ状炭素電極：スポンジ状シートに炭素粉末を固定させた電極」は、炭素粉末がはがれ落ちるという問題があったため、導電性高分子材料を新たな正極電極の候補とし、複数種類の導電性高分子材料を尿発電デバイスに適用して発電特性評価・比較を行った。その結果、スポンジ状炭素電極と同等、または、それ以上の発電能力が得られる電極材料、電極配置を得た。
２つ目は、「低電圧から起動可能なパワーマネジメント回路を利用したおむつ取り替え時期検出機能の開発」を行った。具体的には、パワーマネジメント回路により尿失禁センサから間欠的に送信される無線信号の間隔が、尿発電デバイスの発電量に依存することを確かめた。また、受信機が受信した無線信号の間隔の変化から尿失禁が起こったタイミングと失禁量を検出する手法の検討を行った。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初の計画では、該当年度内におむつ取り替え時期検出機能をシステムに実装する予定であった。しかし現状では、尿失禁が起こったタイミングと失禁量を検出する手法に関して、だいたいの方針は決まっているがもう少し検討の必要があり、本機能のシステムへの実装が終わっていない状態である。
また、「尿発電デバイス」と「パワーマネジメント回路や無線機等の回路基板」の両者を接続するコネクタとして、両者が確実に通電し、取り付け易く外れにくい、小型かつおむつの柔軟性に合ったコネクタの検討を行ってきたが、まだ検討を続けている状態である。
これらの理由から、区分（３）「やや遅れている」を選択した。

今後の研究の推進方策

今後は、まず、尿失禁が起こったタイミングと失禁量を検出する手法を確立させ、おむつ取り替え時期検出機能をシステムに実装する。また、「尿発電デバイス」と「パワーマネジメント回路や無線機等の回路基板」の両者を接続するコネクタを作成する。その後、当初の計画通りの研究を行う。

次年度使用額が生じた理由

次年度使用額が生じた主な理由は、現在までの進捗状況の理由欄に記載した、おむつ取り替え時期検出機能のシステムへの実装が完了していないこと、および、「尿発電デバイス」と「パワーマネジメント回路や無線機等の回路基板」の両者を接続するコネクタの作成が完了していないことから、当初、物品費として予定していた「プリント基板作成」と「ホットエアー購入」が当該年度で行えていないためである。

次年度使用額の使用計画

次年度使用額分は、当初の予定通り「プリント基板作成」と「ホットエアー購入」に使用し、翌年度分として請求した助成金は交付申請書に記載した通り、「ベクトル信号発生器」の購入、成果発表や資料収集のための旅費、論文掲載費等に使用する予定である。