ウェアラブル/インプランタブル統合環境に向けた人体通信機器設計の研究

可穿戴/植入集成环境的人体通信设备设计研究

基本信息

批准号：
16H07233
负责人：
村松大陸
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-08-26 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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．本年度は，三層構造電磁ファントムおよびバッテリ駆動送受信治具を用いて，人体通信の伝送効率測定を行った．ファントムはシリコン樹脂が主材料の固体ファントムであり，皮膚，脂肪，筋肉の三層で構成される．炭素粉末等の添加量を調整することで，10～30 MHzにおいて各組織の電気的特性を再現した．また，ウェアラブル機器利用時の電磁環境を忠実に再現するため，バッテリ駆動の小型送受信測定治具を開発した．これらのファントムと送受信治具を用いて，手首に装着したウェアラブル送信機と，手で触れる設置型受信機の通信を想定して伝送効率の測定を行った．また，比較のために数値ファントムモデルを用いた電磁界解析により伝送効率を計算した．その結果，ファントムによる測定値と数値ファントムモデルの計算値はよく一致し，開発したファントムと送受信治具による測定の妥当性が示された．一方で，ファントム測定値と実人体による測定値の差は，最大で8 dB程度生じた．数値人体モデルによる解析から，この差は体幹からの電界の反射に起因することが明らかになった．さらに，信号伝送において重要な役割を果たす床面グラウンドの影響評価を，実験と解析の両面から行った．結果として，ウェアラブル機器同士が極端に近接する状況では，床面グラウンドは必ずしも伝送効率を増大させる方向に寄与しないことが明らかになった．こうした状況では，床面グラウンドを経由する結合に比較し，送受信機間の直接的な結合が伝送に大きく寄与することを示している．今後は電磁界解析を駆使して，電気力線の方向等を詳細に計算し，機器のサイズや装着箇所，励振周波数が変化したときに，床面グラウンドが信号伝送に対してどのように寄与するのかを定量的に示すことが必要である．

本研究的目的是根据人体通信设备的尺寸、安装位置和频段等规格，为高性能、低功耗设备提供设计指南。今年，我们使用三层电磁体模和电池供电的发射/接收夹具测量了人体通信的传输效率。体模是以硅树脂为主要材料的实体体模，由皮肤、脂肪、肌肉三层组成。通过调整碳粉的添加量等，我们再现了各结构在 10 至 30 MHz 下的电气特性。此外，为了忠实地再现使用可穿戴设备时的电磁环境，我们开发了一种小型电池供电的发射和接收测量夹具。使用这些模型和发射/接收夹具，我们测量了假设佩戴在手腕上的可穿戴发射器和可触摸接收器之间进行通信的传输效率。此外，为了进行比较，使用数值模型通过电磁场分析计算了传输效率。结果，使用体模的测量值和使用数值体模模型的计算值非常吻合，证明了使用开发的体模和发射/接收夹具进行测量的有效性。另一方面，模型测量值与实际人体测量值之间的差异最多约为8 dB。使用人体数值模型进行分析表明，这种差异是由躯干反射电场引起的。此外，我们从实验和分析的角度评估了在信号传输中起着重要作用的地板接地的影响。因此，很明显，在可穿戴设备彼此距离极近的情况下，地板不一定有助于提高传输效率。在这种情况下，与通过地板接地的耦合相比，发射器和接收器之间的直接耦合对传输有显着贡献。未来，我们将充分利用电磁场分析来详细计算电力线的方向，并研究当设备的尺寸、安装位置和激励频率发生变化时，地板地面对信号传输的影响。有必要定量地证明情况是否如此。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

人体通信システムにおける電磁界解析に使用する人体モデルの形状の検討

检查人体通信系统中用于电磁场分析的人体模型的形状

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
池田龍太郎;村松大陸;山本隆彦;越地耕二
通讯作者：
越地耕二

各指の抵抗値計測による指の識別 -測定における寄生電流の抑制-

通过测量每个手指的电阻值来识别手指 - 抑制测量期间的寄生电流 -

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
山中敬太;村松大陸;山本隆彦;越地耕二
通讯作者：
越地耕二

Variation of impedance in transmission channel of human body communication

DOI：
10.1109/ismict.2017.7891765
发表时间：
2017-02
期刊：
2017 11th International Symposium on Medical Information and Communication Technology (ISMICT)
影响因子：
0
作者：
N. Arai;K. Sasaki;D. Muramatsu;Y. Nishida
通讯作者：
N. Arai;K. Sasaki;D. Muramatsu;Y. Nishida

Evaluation of Ground Loop Through the Floor in Human Body Communication