人間の感覚に影響を与えずに動作可能な圧力センサーの開発

开发出可以在不影响人类感官的情况下工作的压力传感器

• 批准号: 21K14204
• 负责人: 李 成薫
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14204/
• 关键词: 圧力センサ; スキンセンサ; 電界紡糸法; 皮膚感覚; 圧力センサー; ナノメッシュ; スキンセンサー; 貼り付け型センサー

本研究課題は、人間の感覚に影響を与えずに動作可能な圧力センサーの開発を目的とし、人間の本来の行動や動作を正確に計測する手法を確立する。昨年度は、電界紡糸法にて製造するナノファイバシートを多層化することで容量型圧力センサーの作製手法を確立した。中間層の機械特性を系統的に制御することで、世界最高水準の感度（1kPa当たり14.1%の容量上昇）を得ることに成功した。さらに、皮膚にセンサーを貼り付けた際に把持力に与える影響を定量的に評価したところ、貼り付けていない把持力に対して有意差を生じないことを確認した。今年度は、極薄性を維持しつつ、機械的耐久性を確保するための検討を進めた。具体的には、ポリウレタンナノファイバからなる極薄ナノメッシュ保護膜を作製し、ナノファイバの物質透過性を活かし、表面から水溶性高分子（ポリビニルアルコール）ナノファイバを溶解・含侵させた。その結果、非常に高い摩擦耐久性を実現することに成功し、１００キロパスカル以上の力でセンサの表面をこすっても壊れないことを実証した。また把持力試験において、わずか２ミクロン高分子の連続フィルムを指に貼り付けるだけで把持力が14%上昇してしまうことに対して、今回開発した保護膜付きセンサは指に貼り付けても把持力が変動せず、皮膚感覚を維持できることを定量的に実証した。

该研究项目的目的是开发一种可以在不影响人类感官的情况下工作的压力传感器，并建立一种准确测量人类自然行为和运动的方法。去年，我们建立了一种通过分层静电纺丝生产的纳米纤维片来制造电容式压力传感器的方法。通过系统地控制中间层的机械性能，我们成功实现了世界最高水平的灵敏度（每1 kPa容量增加14.1%）。此外，当我们定量评估传感器附着在皮肤上时对握持力的影响时，我们确认握持力与传感器未附着时相比没有显着差异。今年，我们致力于研究在保持超薄的同时确保机械耐用性的方法。具体来说，制作了由聚氨酯纳米纤维制成的超薄纳米网状保护膜，利用纳米纤维的材料渗透性，从表面溶解并浸渍水溶性聚合物（聚乙烯醇）纳米纤维。结果，他们成功实现了极高的摩擦耐久性，并证明传感器表面可以用 100 千帕或更大的力摩擦而不会破裂。此外，在抓握力测试中，仅将2微米的连续聚合物薄膜贴在手指上，抓握力就增加了14%，而新开发的带有保护膜的传感器即使贴在手指上也可以定量地保持。证明力没有波动并且可以保持皮肤感觉。

项目成果

皮膚感覚に影響を与えない皮膚貼り付け型圧力センサ

贴附于皮肤的压力传感器，不影响皮肤感觉

• 发表时间: 2022
• 作者: 李成薫,フランクリンさえ;横田知之,レイブラズ;チエン ゴードン,フランクリンデビット;染谷隆夫
• 通讯作者: 染谷隆夫

A nanomesh pressure sensor for monitoring finger manipulation while avoiding interference with human sensations

纳米网压力传感器，用于监控手指操作，同时避免干扰人类感觉

• 发表时间: 2022
• 作者: Sunghoon Lee;Tomoyuki Yokota;and Takao Someya
• 通讯作者: and Takao Someya