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3つのひかり未来をつくる

Micronano-mechatronics and its Biomedical applications

研究/MEMSResearch/MEMS

MEMSセンサ&アクチュエータの開発


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マイクロ触覚センサデバイス

本テーマでは、マイクロセンサにマイクロアクチュエータを集積化することで、単一のセンサ素子構造で、複数の物理量検出が可能なマイクロセンサを提案しています。具体的には、MEMS技術を用いて、接触部を支持するダイアフラム構造体に半導体歪みゲージを集積化し、かつ接触部を対象物方向に押し付ける磁気力アクチュエータを組込むことで、、接触物体との接触圧とその硬さを同時に検出することができるマイクロ触覚センサデバイスを開発しています。MEMS技術を用いて、本マイクロ触覚センサを二次元形態で集積化すれば、ヒトの指先と同様に、物体との接触を2次元情報として検出することもできます。
(1) Y. Hasegawa, et al., A micromachined active tactile sensor for hardness detection, Sensors & Actuators: A, 114, pp. 141-146, (2004).
(2) M. Shikida, et al., Active tactile sensor for detecting contact force and hardness of an object, Sensors & Actuators: A, 103, pp. 213-218, (2003)


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大規模空調コントロール用貼付センサ

本テーマでは、大規模空調ネットワークにおける空調管理を簡便にかつ高精度に実現できる貼付型気流センサを提案しています。具体的には、空調用ダクト内での気体の流れを計測することを目指して、ダクト内での曲面上に容易に貼付けが可能なフレキシブルな熱式熱線流速計を開発しています。これらをダクト内編面に貼り付けることで、ダクト内での気体の流れを計測することが可能となり、その結果、大規模空調ネットワークにおける空調の効率を改善することができます。
(1) M. Shikida, et al., A MEMS flow sensor applied in a variable-air-volume air-conditioning system unit in a building, Sensors and Actuators A, 189, pp.212-217, (2013).
(2) M. Shikida, et al., Flexible flow sensor for large scale air-conditioning network systems, Sensors and Actuators A, 188, pp.2-8, (2012).


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チューリップ型マイクロアクチュエータ

本テーマでは、静電気力で駆動するチューリップ型マイクロアクチュエータ(大きさ1mm程度)を提案しています。茎と花弁形状部分が、基板からわずかに浮いており、茎と葉の部分に電圧を印加すると、茎の部分に静電気力が生じ、これによりチューリップの花弁が左右に0.1 mm程度動きます。本マイクロアクチュエータを静電クラッチとして応用し、更にと小型ステッピングモータとを組み併せれば、小さな触覚表示デバイスを実現することが可能になります。
(1) H. Sasaki, et al., A Force Transmission System based on a Tulip-shaped Electrostatic Clutch for Haptic Display Devices, Journal of Micromechnics and Microengineering, 16, no.12, pp. 2673-2683, (2006).


ヒューマンインタ―フェイスデバイスの開発


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ウエアラブルセンサ

本テーマでは、人工繊維構造体を用いた新たなウエアラブルセンサ形態を提案しています。具体的には、従来のセンサデバイスと異なり、センサ素子として、衣服と同様の細径チューブを用いることを提案しています。細径チューブを基本構造とし、MEMS技術を用いてこれの表面に薄膜を形成することで、織物形態のウエアラブルなタッチセンサを実現できることを実証しています。本センサは、衣服と類似の円柱構造をベースにしているために、曲面上に貼り付けてもしわが生じにくいという特徴があります。
(1) G. Kita, et al., Large-sized fabric tactile sensor for detecting contacted object, Micro & Nano Letters, 5, Iss. 6, pp. 389-392, (2010).
(2) G. Kita, et al., Fabric tactile sensor composed of ball-shaped umbonal fiber for detcting normal and lateral force, Micro & Nano Letters, 5, Iss. 4, pp. 211-214, (2010).
(3) Y. Hasegawa, et al., Fabrication of a wearable fabric tactile sensor produced by artificial hollow fiber, Journal of Micromechnics and Microengineering, 18, 085014 (8pp), (2008)


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フレキシブルタッチパネル

本テーマでは、新たにイオン流体をセンシング材とした透明性タッチパネルを提案しています。タッチパネル構造体を樹脂モールドにて作製することで、薄く、かつフレキシブルなタッチパネル構造を作製しています。また、上記タッチパネル構造内にイオン流体を封入したアレイ状マイクロ流路を組込むことで、タッチパネルに加わった外力を電気的に検出します。本パネル構造及び検出原理を用いることで、フレキシブルな透明性タッチパネルを低コストで作製できます。
(1) M. Shikida, et al., A flexible transparent touch panel based on ionic liquid channel, IEEE Sensors, 13, 9, pp. 3490-3495, Sept. (2013).


     

液滴ハンドリングを用いた携帯分析システムの開発


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携帯型化学分析システム

本テーマでは、試料の搬送子として磁性微粒子を用い、かつ反応液を連続流ではなく液滴とすることで、一連の全化学分析システムを手のひらサイズまで小型化可能であることを提案しています。具体的には、搬送が必要な磁性微粒子(表面に試料が固定されている)のみを磁気力により、選択的に反応用液滴間を移動させて、一連の化学反応処理を行います。従来のように液体を連続流として流す必要がないため、ポンプ、バルブなどの流体機械が不要となり、その結果、化学分析システム全体を小型化できるという特徴があります。また、磁場の分布を設計すれば、液滴内での磁性微粒子を攪拌することもできます。
(1) M. Shikida, et al., Droplet-based biochemical assay by magnetic wire manipulation between multiple droplets, Microsystem Technologies, 20, pp. 315-323, (2014).
(2) M. Shikida, et al., Droplet introduction into pen-shaped portable reaction system by gravity and interfacial forces, Micro & Nano Letters, 6, Iss. 4, pp. 253-256, (2011).
(3) M. Shikida, et al., Fabrication of a pen-shaped portable biochemical reaction system based on magnetic bead manipulation, Journal of Micromechnics and Microengineering, 21, 067006 (7pp), (2011).


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