2023 Fiscal Year Annual Research Report
Study of Pressure Sensor Containing Thermally Expandable Polymer for Measurement of Plantar Pressure in Obese and Diabetic Patients
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22K20500
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
多川 友作 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (20962517)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Keywords | 圧力センサ / 熱膨張ポリマー / フレキシブルセンサ / ウェアラブルデバイス / 生体計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
広範囲にわたる力をフレキシブルデバイスによって計測することは、脈波や瞬き等の微弱な圧力変化から、体重変動の大きな圧力変化など、様々な生体計測に適用可能なため重要である。これまでに、ゴム材料に空隙構造を導入することで、圧力感度と柔軟性を両立する研究は報告されていたが、空隙部分が低荷重領域で喪失するため、高荷重領域での圧力感度を維持する柔軟圧力センサは達成困難であった。そこで本研究では、粒径分布の多様な熱可塑性熱膨張ポリマーを用いることで、簡便な作製プロセスである溶液処理にて、広い圧力領域で空隙が応答する柔軟な圧力センサを作製することを研究目的とした。
昨年度は、熱膨張ポリマーの含有量及び熱膨張温度を調整することで圧力感度の最適化を行った。また、応力ひずみ測定を行い熱膨張ポリマーを含有するゴム材料の機械特性を評価し、高荷重下での感度起源について調査した。
最終年度ではまず、最適化した作製条件で３×３チャネルの多点パッシブ圧力センサを作製し、それぞれの応答をリアルタイムで計測した。また、当初の研究課題として重要な微弱な体重変化を計測するために、下駄の裏側に４つの大面積センサ（約3×10cmを４つ）を配置し、体重計測を行った。これらの応用実験により、0.1kg程度の体重変化も高荷重領域で検知可能であることを示した。また、粒径分布が多様であればあるほど、圧力応答の線形性が維持できることを確認した。
しかし、ゴム材料で一般的な、一定荷重がかかり続けると変位量が変化するクリープ現象を抑制することは難しく、高荷重下では計測された容量値が時間経過につれドリフトし続けてしまう。今後は鎖状構造を形成可能な液晶エラストマー等の、クリープ現象に強い柔軟材料を組み合わせることが高荷重下でのアプリケーションで重要と考えられる。
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