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磁歪層の透磁率の変化を高周波インピーダンスの変化として振動を検出
現在の技術で最も高い感度を有する振動センサとしてレーザードップラー振動計やMEMS技術を利用した加速度センサが知られているが、高価であるため、診断対象物に対する多数個の取り付けが難しい。一方、安価な振動センサとして、ひずみゲージが知られているが、異常振動を検出できるほど感度は高くない。 本発明では、磁性体に歪みを与えると極めて高い感度で透磁率が変化し、透磁率の変化を高周波インピーダンスの変化として検出できることに着目し、さらにカンチレバーの形状を工夫した。本発明により高感度な振動センサを安価に提供することが可能となった。
新構造により、高精度・多用途を実現
本発明は、ジャイロセンサのうち、FMジャイロセンサに関する。 従来のFMジャイロセンサは、温度変化や部材の製造誤差によって、測定精度が下がるという課題があった。これは、センサに用いる振動子を２つ用いるために、それら振動子間に生じる温度変化の差や、製造誤差によって、振動子の特性を同一に保てないことに起因していた。 これに対して本発明では、振動子を単一とし、異なるモードの振動を印加しすることで、上記の課題を解決する。 本発明を用いるジャイロセンサは、上記の通り測定精度が高いのみなら ず、原理上、磁気センサや圧力センサとしても機能することができ、産業上の優位性をもつと考えれらる。 上記ジャイロセンサ、磁気センサ、圧力センサ各種で特許取得・出願している。
高感度と高精度を両立可能なトンネル磁気抵抗型磁気センサ（TMRセンサ）
ホール素子を始めとして、多くの磁気センサが高度IoT社会の実現のために幅広く利用されている。中でも、東北大学で発見されたトンネル磁気抵抗効果を利用したセンサ（TMRセンサ）の高感度化が飛躍的に進んでおり、生体磁場などの微弱な磁場が検出可能になっている。 しかし、従来のTMRセンサでは、高感度と高精度を両立することが難しかった。 本発明により、利用する強磁性材料の高次の磁気異方性を制御することで、高感度、かつ、高精度を実現するために必要な、出力の線形 性が極めて高いTMRセンサを提供することができる。
フィルターが不要なため、薄型化を実現し、光の減衰を抑え、高効率なUV（紫外線）センサーを実現
近年、ヘルスケアの分野において、日焼けやシミなどの予防に関する関心が高まりつつあり、スマートフォン等で紫外線が簡単に計測できれば、健康管理や美容医療への貢献が期待される。また、産業分野においても紫外線を扱う機器が増えており、紫外線を計測・センシングするニーズが高まりつつある。本技術は、今回、シミやしわの原因となるUV-Aから、日焼けの原因となるUV-Bまでを、シリコン半導体で計測することを実現した。これまでに190-1100nm の広光波長帯域で高い感度を有し、強い紫外光に長期間照射されたとしても性能劣化が起こらない高い耐光性を有するシリコンフォトダイオード(PD)技術を開発してきた。更に、このシリコンPD技術を応用して差分型の検出方式を新たに導入し、可視光や近赤外光を含む背景光がある環境においても紫外線領域の光信号を選択的に効率よく検出する技術を実現した。※UV-Cについても理論上実現可能(要相談)
全印刷プロセスで製造できる有機電気化学素子
有機電気化学トランジスタ（OECT）をグルコースオキシダーゼ等の酵素で修飾すると、血糖値等の糖類検知が可能なバイオセンサに応用することができる。現状、酵素の不安定さや高価格が問題となっているため、非酵素型OECTバイオセンサの開発も進められている。非酵素型OECTバイオセンサでは、酵素の代わりに、グルコースを感知する官能部位であるフェニルボロン酸（PBA）を用いることが一般的である。しかし、PBAの適用には電解重合反応が必須であり、デバイス製造工程の煩瑣さが課題であった。 本発明は、酵素やPBAを用いないグルコースセンサに関するものである。グルコース検知部位として、導電性ポリマーに多糖類を混合した膜を用いることによって、グルコースセンサとしての駆動を実現している。また、電極に各種金属インクを用いれば、製造工程の全プロセスを印刷法で製造できるため、この製造工程の簡易さも大きな利点である。右図は、本センサを用いてグルコース溶液を検出した結果である。酵素やPBAを使わずとも、低濃度のグルコースを検出できていることが分かる。
カルシウムイオンが関わる種々の生体機序の解明に有用
発明者らはこれまでに、タンパク質性の蛍光カルシウムセンサーとしてGCaMPおよびR-CaMP（以下、CaMP）を開発している。 細胞内にCaMPを導入することにより、その細胞の位置を同定したり、カルシウムイオン濃度の変化を、CaMPの蛍光強度変化として観察したりすることができる。 ・G-CaMP7、G-CaMP7.09：緑色蛍光を呈し、カルシウムに対する感度が従来のカルシウムセンサーに比して高い。 ・R-CaMP1.07：赤色蛍光を呈するため、細胞機能操作を目的として汎用される光刺激プローブChannelrhodopsin-2 との併用が可能。
場所や時間に縛られず、三次元歩行特性を評価可能！
運動機能と認知症の関連性が指摘されており、その指標の一つとして歩行速度の調査が行われている。また、医療現場で実施される歩行計測では、歩行障害の診断・評価に有効と考えられる歩行パラメータの収集が行われており、これらを解析することで、歩行障害の診断や治療効果の判定を効果的に行うことができる。 従来の歩行評価方法として、ストップウォッチや歩数計、ビデオカメラ等を用いた計測方法があるが、いずれも一歩毎の特性を、場所や歩行距離に拘束されずに評価することは困難であった。その他の従来法に、慣性センサを用いて、つま先の加速度を積分して歩行特性を評価する方法がる。しかしながらこの手法では、前方歩行にしか適用できないという課題があった。 本発明は、被験者の足に装着できる小型軽量のセンサを用いて、一歩ごとの足爪先の３次元軌跡を生成する方法に関する。また、3次元軌跡から、歩数、歩幅、歩調、歩行速度、足爪先と歩行面との距離、および足爪先の振り上げ角度の各３次元歩行特性を評価可能である。
下水中の感染症関連バイオマーカーを検出する電気化学センサー及びシステムの構築
近年、 社会に大きな被害をもたらすウイルス性感染症に対して、都市下水中に含まれる疫学情報を利用し、 感染症患者の発生や感染流行を早期に検知する下水疫学的手法が注目を集めている。 現在、 感染症に関する下水疫学調査は、主にウイルス遺伝子を対象として、 定量 PCR によって検出することで行われている。 しかしながら、 下水試料の採取からウイルス遺伝子の検出・定量に時間がかかることや、ウイルス濃度が低いためにサンプルの濃縮が必要であること、分析にかかるコストや人的負担が大きいことなどの課題が残されている。 そこで本研究では、 迅速かつ簡便に下水中の感染症関連バイオマーカーを検出するセンサーの構築に取り組んだ。バイオマーカーは、ウイルスそのものと比較して高濃度で感染症患者から排出されるものが好ましく、 本研究では抗ウイルスヒト Immunoglobulin (Ig) A を試験物質とした。 サンプル中の IgA を電極表面に固定化したタンパク質との抗原抗体反応によって捕捉し、 反応に伴う電極表面状態の変化を電気化学測定によって検出する測定系の構築を試みた。
金属ガラス被膜を溶射によって形成する トルクセンサの製造方法
従来のトルクセンサの回転軸の磁歪部を構成する磁性材料は、高透磁率と高磁歪の二つの特性が求められるため、アモルファス合金が適している。しかし、回転軸表面にアモルファス合金の薄帯を接着剤で貼り付けて固定すると、回転軸との密着性が高くないため、十分な検出特性が得られないという課題がある。また、高速溶射プロセスによって回転軸表面に金属ガラス皮膜を形成する場合でも、非晶質金属粉末の微粉を使用しなくてはならないという制約があり、製造コストがかさむという課題がある。 本発明によって、トルクの検出特性や製造コスト等について改善したトルクセンサおよびその製造方法を提供することが可能になった。本発明は、回転軸の表面に金属ガラス皮膜を含む磁歪部を有するものである。金属ガラス皮膜は金属粉末を含む火炎を噴射して、金属粉末を溶融させるとともに、火炎が回転軸の表面に達する前より冷却方式を用いて金属ガラス皮膜を形成することを特徴とする。これによって、簡単かつ迅速に磁歪部が形成される。また、トルク検出に関してすぐれた特性を発揮する。
東北大学技術のご紹介(T23-005)：直流から低周波数磁場まで高感度に測定する
従来より、広いダイナミックレンジと高感度を備えた磁気センサの研究・開発がなされてきている。センサを構成する方式は、SQUID磁束計やホール素子など様々なタイプが提案されているなか、機械的な共振周波数を利用したカンチレバー型の磁気センサは、低消費電力で小型にも有利であり、ダイナミックレンジが広くできる可能性があることから注目を集めている。しかしながら、共振周波数近傍では高感度を発揮する一方、直流成分を含む共振周波数以下の磁場に対しては感度・分解能が充分ではないという課題があった。 本発明は、カンチレバー型の磁気センサに関するものである。感磁部の構成を工夫することで、感度と帯域幅とをチューニングすることができる。これにより、高感度で広い帯域幅をもつ磁気計測を可能にする。
トランスデューサ、力覚センサ及びセンサユニット
ロボットがヒトと同様の作業をするためには、力覚などの感覚をロボットが持つことが重要であり、ヒトと同様の感覚を感知できるセンサの搭載が望まれている。 従来より様々な方式の触覚センサが提案されているが、それらは構造が複雑、作製工程が煩雑でコストが高い、等の課題があった。 本発明では、電気基板上に設けたコイルを覆うように磁性材料をポリマーに分散させた磁性フォームを形成することで、トランスデューサーを作製した。このトランスデューサーは作製が簡便であり、また小さな圧縮応力であっても、インダクタンスの変化から力覚をセンシングできることから、上記課題の解決が期待できる発明である。 本発明はロボットを中心とした力覚を必要とするセンサへの応用が期待できる。
遠隔医療から産業応用まで、触覚情報をリアルタイムに
■北海道大学技術のご紹介 【社会的課題と市場背景】 ・遠隔医療では触診が困難で診断精度が低下 ・従来の圧力センサは高コスト・低感度・深さ検出不可 ・高齢化・地域医療格差解消のため、非対面診療に触診機能が求められる ・世界の触覚センサ市場は年平均成長率（CAGR）10%以上で拡大中 【本技術の概要】 ・片面配線構造で高感度化・低コスト化（従来比 約1/10） ・深さ・粘性をリアルタイム検出可能、指先装着型で現場適用容易 ・医療・ヘルスケア・産業検査など幅広く応用可能 【従来技術との比較】 従来方式：両面配線（サンドイッチ）、高コスト、限定的感度、圧力のみ 本方式：片面配線＋感圧材分離可、コスト約1/10、高感度（42ピクセル高解像度）、圧力＋深さ＋粘性同時取得
身体親和性が高く、排泄物を識別可能なセンサー
おむつの状態を検知して、おむつ交換のタイミングを知らせる“スマートおむつ“の市場が拡大している。従来のおむつセンサーは湿度あるいはNH3ガスを測定するものが知られているが、これらは尿のみを検知するものであり、尿と糞便を区別することができない。また、半導体式ガスセンサーにおいては、センサーの作動温度は高温となるため、センサーチップを加熱する必要があった。 本発明は、上記課題を解決するもので、尿と糞便を室温で識別可能なおむつセンサーである。また、フレキシブル基板を使用することで薄型・小型で柔軟性を有し、生体親和性の高いデバイスを実現できる。
微細箇所の温度を高感度測定！フレキシブル化も可能！
バイオテクノロジーやヘルスケア分野では、微細な温度変化や発熱量の高精度な測定が必要不可欠である。いくつかある温度センサの計測原理の中で，熱電対が最も使用されている．熱電対の性能(温度感度や出力)は構成する材料のゼーベック係数で決まる．熱電対に使用される材料は熱電特性をもつ固定で，そのゼーベック係数はせいぜい数百µV/K程度である。 本発明は、ゼーベック係数が高いイオン液体を熱電対に用いることで従来の個体熱電材料よりも圧倒的な高感度を実現し，液体を使用しているが故にフレキシブル化も可能な温度センサデバイスである．個体に対して，液体は界面を維持することはできない．その解決法として，マイクロ流体チップを用いて物理的には接触しないが，電気的には接続されている環境を構築して実現した．このデバイスにより，従来にない高感度で曲面を含む様々な環境での温度検出が可能となる。
小型・軽量の真北計で建物や鉄塔等、地磁気の乱れによる影響を受けず、正確な方位角の測定・設置が可能
『マゼンタI』は、測定対象機器(携帯基地局用アンテナ等)の 空間方向を測定するセンサー装置です。 従来型の真北計と比較して小型・軽量で取扱が容易な製品となっています。 太陽の位置を測定する必要があるため、天候が曇や雨天の場合には使用が 制限されますが、晴天時に事前測定することで回避することが可能です。 【特長】 ■地磁気の乱れによる影響を受けず、正確な方位角の測定・設置が可能 ■持ち運びと測定に便利な小型・軽量のデバイス ■価格競争力に優れる ■測定データ管理が容易 ■無線網構築のコストを削減 ■無線網性能向上 ※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
