指紋構造を有した印刷法による触覚・すべり同時検出人工電子皮膚の開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26630164
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 竹井 邦晴 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20630833)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 人工電子皮膚 / フレキシブルデバイス / ３軸触覚センサ / 印刷技術 / 温度センサ

研究実績の概要

本研究では、「触覚」と「摩擦」両方を同時に検出可能、且つ大面積ナノ材料印刷法による低価格化を両立した人工電子皮膚デバイスの実現を目指した。平成２６年度では、（１）指紋構造を有した「触覚」と「摩擦」センサのプロセス開発、（２）温度センサの集積化、（３）「触覚」「摩擦」「温度」分布の２次元マッピング計測に成功した。当初の計画であった研究課題を平成２６年度に全て達成することができたため、平成２７年度は、さらに発展した電子皮膚として、（１）センサと回路の集積化プロセスの検討、（２）触覚のみに反応するフレキシブル触覚センサの開発、（３）開発した電子皮膚構造を応用した活動量センサの開発を目指した。センサ材料及び導電性ナノ材料の印刷技術の開発及び最適化により、電子皮膚デバイスの高い信頼性を達成しただけでなく、様々なプリンテッドフレキシブルセンサデバイスとしての可能性を示すことができた。特筆すべき点として、フレキシブル基板上で、センサと増幅回路の集積によるセンサ出力の増幅（最大で38倍まで増幅が可能）、歪み工学に基づいた構造を提案することで曲げに対して感度を持たない触覚センサの開発、そして世界初の印刷形成によるフレキシブル加速度センサを実現することができた。本加速度センサは、人の動きを検出することが可能であり、ロボットの人口電子皮膚応用だけでなく、将来のウェアラブルデバイスとしての可能性を示唆することができた。これらの成果は、当初計画していた研究内容を遥かに超えた結果を得ることができた。

研究成果

• [雑誌論文] An extremely highly selective flexible compliant tactile touch sensor sheet (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Nakata, K. Kanao, S. Harada, T. Arie, K. Takei
  • 雑誌名: Physica Status Solidi A 巻: 213 ページ: NA
  • DOI: 10.1002/pssa.201600078
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 印刷形成した触覚・摩擦・温度分布計測可能な電子皮膚 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹井邦晴
  • 雑誌名: 光アライアンス 巻: 4月号 ページ: 32-36
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Highly stable liquid-solid-metal contact toward multi-layered detachable flexible devices (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Harada, T. Arie, S. Akita, K. Takei
  • 雑誌名: Advanced Electronic Materials 巻: 1 ページ: 1500080
  • DOI: 10.1002/aelm.201500080
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Air ambient-operated pNIPAM-based flexible actuators stimulated by human body temperature and sunlight (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamamoto, K. Kanao, T. Arie, S. Akita, K. Takei
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 7 ページ: 11002-11006
  • DOI: 10.1021/acsami.5b02544
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High performance, mechanically flexible, and vertically integrated three-dimensional carbon nanotube and InGaZnO complementarycircuits with a temperature sensor (2015)
  • 著者名/発表者名: W. Honda, S. Harada, S. Ishida, T. Arie, S. Akita, K. Takei
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 27 ページ: 4674-4680
  • DOI: 10.1002/adma.201502116
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mechanically flexible and high-performance CMOS logic circuits (2015)
  • 著者名/発表者名: W. Honda, T. Arie, S. Akita, K. Takei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 15099
  • DOI: 10.1038/srep15099
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ウェアラブル健康管理パッチデバイスの開発に向けて (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹井邦晴
  • 雑誌名: エレクトロニクス実装学会誌 巻: 18 ページ: 422-427
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ウェアラブル・フレキシブル健康管理デバイス (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹井邦晴
  • 雑誌名: 応用物理 巻: 84 ページ: 1002-1007
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] Challenge and perspective of macro-scale, multi-functional high performance flexible electronics (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Takei
  • 学会等名: SPIE Defense+Commercial Sensing
  • 発表場所: Baltimore Convention Center (ボルチモア, アメリカ）
  • 年月日: 2016-04-17 – 2016-04-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] All solution-processed flexible memory integrated with tactile sensor (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kanao, S. Nakata, T. Arie, S. Akita, K. Takei
  • 学会等名: 29th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2016)
  • 発表場所: Shanghai International Conference Center (上海, 中国）
  • 年月日: 2016-01-24 – 2016-01-28
  • 国際学会
• [学会発表] Flexible and high selective pressure sensitive rubber for tactile sensing (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Nakata, K. Kanao, S. Harada, T. Arie, S. Akita, K. Takei
  • 学会等名: 29th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2016)
  • 発表場所: Shanghai International Conference Center (上海, 中国）
  • 年月日: 2016-01-24 – 2016-01-28
  • 国際学会
• [学会発表] 高性能・多機能フレキシブルセンサシート (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹井邦晴
  • 学会等名: 有機エレクトロニクス材料研究会 第215回研究会
  • 発表場所: 新宿NSビル（東京都・新宿区）
  • 年月日: 2016-01-22 – 2016-01-22
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ材料を用いたフレキシブル材料・デバイスの作製技術・応用展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹井邦晴
  • 学会等名: 情報機構セミナー
  • 発表場所: 大田区産業プラザ（東京都・大田区）
  • 年月日: 2016-01-18 – 2016-01-18
  • 招待講演
• [学会発表] フレキシブルデバイス応用に向けた取り外し可能なシート間の電気接触の提案 (2015)
  • 著者名/発表者名: 原田真吾、有江隆之、秋田成司、竹井邦晴
  • 学会等名: 第３２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: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2015-10-28 – 2015-10-30
• [学会発表] 無機ナノ材料の印刷技術による大面積フレキシブルデバイス (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹井邦晴
  • 学会等名: 機能性ハイブリッド材料研究会
  • 発表場所: 回路会館（東京都・杉並区）
  • 年月日: 2015-10-21 – 2015-10-21
  • 招待講演
• [学会発表] Printed high performance flexible device sheets (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Takei
  • 学会等名: 228th ECS Meeting
  • 発表場所: Phoenix Convention Center (フェニックス, アメリカ）
  • 年月日: 2015-10-11 – 2015-10-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nanomaterial-based printed flexible device sheets (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Takei
  • 学会等名: International Symposium on Thin Film Technologies for Flexible Devices (JSPS Autumn Meeting 2015)
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-14 – 2015-09-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ナノ材料の印刷技術を用いた大面積フレキシブル・ウェアラブルデバイスシート (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹井邦晴
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] 高い信頼性動作へ向けたpNIPAMアクチュエータへのCNT添加の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本祐輝、金尾顕一朗、有江隆之、秋田成司、竹井邦晴
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] フレキシブルCMOS回路、温度センサ三次元積層集積デバイス (2015)
  • 著者名/発表者名: 本田航、原田真吾、石田昌平、有江隆之、秋田成司、竹井邦晴
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] Inorganic-based heterogeneously integrated flexible transistors and sensors (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Takei
  • 学会等名: 15th International Meeting on Information Display (IMID 2015)
  • 発表場所: EXCO (デグ, 韓国）
  • 年月日: 2015-08-18 – 2015-08-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Printed Nanomaterial-based flexible sheets (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Takei
  • 学会等名: Nanotechnology Congress & Expo
  • 発表場所: Fleming's Conference Hotel (フランクフルト, ドイツ）
  • 年月日: 2015-08-11 – 2015-08-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Flexible and wearable sensors (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Takei
  • 学会等名: 16th International Conference on Human-Computer Interaction (HCI International 2015)
  • 発表場所: Westin Bonaventure Hotel (ロサンゼルス, アメリカ）
  • 年月日: 2015-08-02 – 2015-08-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Carbon nanotube-based printed flexible electronics: Materials, fabrication, and applications (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Takei
  • 学会等名: 16th International Conference on the Science and Application of Nanotube (NT15)
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-06-29 – 2015-07-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Carbon nanotube-based high selective tactile pressure and temperature sensor arrays for an artificial skin application (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Kanao, S. Harada, Y. Yamamoto, W. Honda, T. Arie, S. Akita, K. Takei
  • 学会等名: 16th International Conference on the Science and Application of Nanotube (NT15)
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県・名古屋）
  • 年月日: 2015-06-29 – 2015-07-03
  • 国際学会
• [学会発表] Flexible, printed tactile, friction, and temperature sensor array for artificial skin (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Harada, K. Kanao, Y. Yamamot, T. Arie, S. Akita, K. Takei
  • 学会等名: 18th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2015)
  • 発表場所: Dena'ina Convention Center (アンカレジ, アメリカ）
  • 年月日: 2015-06-21 – 2015-06-25
  • 国際学会
• [学会発表] Biological inspired superhydrophobic and self-cleaning flexible silicone rubber (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Harada, T. Arie, S. Akita, K. Takei
  • 学会等名: 18th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2015)
  • 発表場所: Dena'ina Convention Center (アンカレジ, アメリカ）
  • 年月日: 2015-06-21 – 2015-06-25
  • 国際学会
• [学会発表] Inorganic material-based flexible CMOS circuit and optical sensor (2015)
  • 著者名/発表者名: W. Honda, T. Arie, S. Akita, K. Takei
  • 学会等名: 18th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2015)
  • 発表場所: Dena'ina Convention Center (アンカレジ, アメリカ）
  • 年月日: 2015-06-21 – 2015-06-25
  • 国際学会
• [学会発表] Electrical powerless, thermal and optical responsive polymer-based actuator (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamamoto, K. Kanao, T. Arie, S. Akita, K. Takei
  • 学会等名: 18th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2015)
  • 発表場所: Dena'ina Convention Center (アンカレジ, アメリカ）
  • 年月日: 2015-06-21 – 2015-06-25
  • 国際学会
• [学会発表] 印刷形成したフレキシブルセンサシートの開発とそのウェアラブル応用への課題 (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹井邦晴
  • 学会等名: 情報技術協会セミナー
  • 発表場所: 技術情報協会（東京都・品川区）
  • 年月日: 2015-05-22 – 2015-05-22
  • 招待講演
• [学会発表] Printed flexible sensor sheet (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Takei
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology (EMN) Phuket Meeting
  • 発表場所: Holiday Inn Resort Phuket (プーケット, タイ）
  • 年月日: 2015-05-04 – 2015-05-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] ウェアラブルデバイスの小型、薄型化と伸縮、柔軟性の向上技術 (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹井邦晴、野村武史、玉川博詞、坂井光治、前川貴、圓本吉彦、大武裕治、粟生浩之、松本博文、八甫谷明彦、吉澤徳夫、宮崎政志、中尾知、伊達仁昭、高橋浩一、清川清、馬塲宏行、河合隆史、藤掛英夫、小須田司、他54名
  • 総ページ数: 510 (455-463)
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] Wearable and Flexible Sensor Sheets toward Periodic Health Monitoring (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Takei, A. Nag, S. C. Mukhopadhyay, W. Xu, M.-C. Huang, S. Pirbhulal, H. Zhang, W. Wu, Y. T. Zhang, H. Ghasemzadeh, R. Jafari, J. Yuan, K. K. Tan, P. Bagade, A. Banerjee, S. K. S. Gupta, N. J. Blasdel, C. N. Monty, M. Farooq, E. Sazonov, 他15名
  • 総ページ数: 333 (455-463)
  • 出版者: Springer
• [備考] ナノ材料-フレキシブルデバイスグループ
  • URL: https://sites.google.com/site/kuniharutakeijp/