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2018 年度 実績報告書

ウェアラブル/インプランタブル共通環境に向けた人体通信物理層の統合的研究

研究課題

研究課題/領域番号 17H04929
研究機関東京理科大学

研究代表者

村松 大陸  東京理科大学, 理工学部電気電子情報工学科, 助教 (80779140)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード人体通信 / ボディエリアネットワーク / ヒューマンインターフェース / ウェアラブル/インプランタブル / 数値電磁界解析
研究実績の概要

本研究の目的は,人体通信機器のサイズや装着箇所,周波数帯といった仕様に対して,高性能・低消費電力な機器の設計指針を示すことである. 2018年度は,前年度までに開発した電磁ファントムおよび数値人体モデルに加えて実人体による被験者実験を行い,「設置型機器を含む人体通信」についてより実用的なレベルの電磁界解析と実験評価を進めた.具体的には,受信機回路側から見込んだ人体および空間の容量結合インピーダンスや送信機回路を,単一の等価出力インピーダンスと等価信号源電圧によってモデル化可能なことを示した.さらに実使用を考慮して,ユーザの姿勢変化と等価回路モデルにおける各パラメータの対応関係を評価し,等価信号源電圧の振幅に対して支配的な伝送経路のインピーダンスを明らかにした上で,姿勢の影響を考慮した受信回路設計が必要であることを示した.これらの成果を踏まえ,さらに拡張的な人体通信の利用形態として「複数ユーザを伝送路とする人体通信」についても検討を進めた.特に,二体の全身詳細人体モデルを導入したFDTD法による数値電磁界解析を利用し,ユーザ周囲の電界分布および各ユーザが装着した送受信機間の伝送特性を明らかにした.この検討により,2019年度にはさらに統合的な利用形態を前提とした人体通信システムの物理層評価および設計が可能となり,本研究の目的である人体通信物理層の設計指針確立に向けて大きく前進したといえる.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

体内埋込型医療機器等を対象としたインプランタブル環境の人体通信については,インプランタブルセンサによる生体信号計測に適した部位の検討や,電磁曝露の影響評価に時間を要し,物理層の特性評価や機器設計にはやや遅れが生じている.しかし検討過程で,人体通信用の電極を用いて生体からの電磁応答を測定することにより複数の生体信号を検出可能なことが明らかになった.このため,生体信号計測というアプリケーション面まで考慮すると極めて大きな進捗があり,全体として研究は順調に進んでいる.

今後の研究の推進方策

2019年度は,前年度までに開発したファントムや数値人体モデル等のツールを用いて,ウェアラブル/インプランタブル両環境を対象とした人体通信システムの伝送メカニズム解明,等価回路モデリング,通信特性等,物理層の検討を行う.加えて,2018年度の研究成果から実現可能性が高まった二種類のバッテリレス人体通信(エネルギー伝送式および環境発電式)についても検討を進める.得られた結果については,前年度までの計画として遂行した「設置型機器を含む人体通信」を対象とした研究成果とあわせ,より統合的な人体通信システムの物理層設計に役立てる.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Equivalent Circuit Model Viewed from Receiver Side in Human Body Communication2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Nishida, K. Sasaki, K. Yamamoto, D. Muramatsu, F. Koshiji
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems

      巻: in press ページ: 1-10

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electromagnetic Field Analysis of Signal Transmission Path and Electrode Contact Conditions in Human Body Communication2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yamamoto, Y. Nishida, K. Sasaki, D. Muramatsu, F. Koshiji
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 8 (9) ページ: 1-12

    • DOI

      10.3390/app8091539

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 人体通信における姿勢変化と等価回路モデル2019

    • 著者名/発表者名
      西田欣史, 佐々木健, 山本健太郎, 村松大陸
    • 学会等名
      電子情報通信学会2019年総合大会
  • [学会発表] 太陽電池等価回路パラメータ光強度依存性評価2019

    • 著者名/発表者名
      小田嶋啓介, 楳田洋太郎, 小澤佑介, 村松大陸
    • 学会等名
      電子情報通信学会2019年総合大会
  • [学会発表] LED Control System Using Human Body Communication Between Two Users2018

    • 著者名/発表者名
      D. Muramatsu, K. Sasaki
    • 学会等名
      The 2018 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing (UBICOMP 2018) and The 22nd International Symposium on Wearable Computers (ISWC 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Blood Phantom for Non-invasive Blood Glucose Measurement Based on Bioelectromagnetic Response2018

    • 著者名/発表者名
      D. Muramatsu, N. Kanamori, T. Yamamoto
    • 学会等名
      The 40th International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Real-time Heartbeat Signal Sensing and Transmission Using Human Body Communication2018

    • 著者名/発表者名
      F. Koshiji, R. Urushidate, D. Muramatsu, T. Yamamoto, K. Koshiji
    • 学会等名
      The 40th International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Transmission Characteristics Enhancement of Magnetically-Coupled Body Area Network Using Parasitic Wearable Coil2018

    • 著者名/発表者名
      K. Koshiji, F. Koshiji, Y. Fujita, D. Muramatsu, T. Yamamoto
    • 学会等名
      The 40th International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Transmitter-Receiver Distance and Equivalent Output Impedance in Human Body Communication2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nishida, K. Sasaki, K. Yamamoto, D. Muramatsu, F. Koshiji
    • 学会等名
      IEEE Wireless Communications and Networking Conference 2018 (WCNC 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] 複数ユーザを伝送路とする人体通信における電波伝搬解析2018

    • 著者名/発表者名
      村松大陸, 樋口健一
    • 学会等名
      革新的無線通信技術に関する横断型研究会 MIKA2018
  • [備考] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/dmuramatsu/

  • [備考] EIML 環境情報マイクロシステム学分野Webページ

    • URL

      http://www.ems.k.u-tokyo.ac.jp/

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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