テキサス大学の研究者たち、ウェアラブルデバイスの感度問題を解決する革新的なソフト圧力センサーを開発

近年、医療センシング技術は大きな進歩を遂げ、脈拍、脳機能、汗中のバイオマーカーなどを追跡できるウェアラブルデバイスが開発されてきました。しかし、既存のウェアラブル圧力センサーには一つの大きな問題があります。センサーの上からタイトな長袖シャツを着る程度のごく軽い圧力でも、測定値が大きく狂ってしまうのです。

長年の課題を解決したハイブリッドセンシング方式

テキサス大学の研究チームは、この数年間分野を悩ませてきた問題を解決しました。現在主流の2種類のセンサーの特性を併せ持つ、初めてのハイブリッドセンシングアプローチを革新したのです。

「柔軟圧力センサーの分野は非常に混雑しており、20年間で圧力耐性と感度のトレードオフを解決できないというボトルネックに達していました」と、航空宇宙工学・工学力学部のナンシュー・ルー准教授は語ります。「これは、ハイブリッドモードを活用して圧力に耐えながら感度の大幅な低下を防ぐ、初めてのセンサーです」

従来のセンサー構造とその限界

現在のソフト圧力センサーは一般的に3層構造で、変形可能なセンシング層が一対の電極で挟まれています。これらは大きく分けて圧電容量型と圧電抵抗型の2カテゴリーに分類されます。

ルー氏のチームは、電気伝導性と高い多孔性を持つナノコンポジットをセンシング層として採用し、さらに絶縁層を追加しました。これにより、両タイプのセンサーの能力を兼ね備えることが可能になりました。この新しいハイブリッドセンシングこそが、圧力に対する耐性を向上させる鍵となっています。

「外部圧力をかけると感度は低下しますが、ゼロ圧力時の他のセンサーと同等のレベルを維持できます」とルー氏は説明します。

電子タトゥー技術からさらなる進化へ

ルー氏は長年、電子タトゥー技術を通じてこのセンシング分野のパイオニアとして活躍してきました。これは心臓、脳、筋肉などに長期間貼り付けてもほぼ違和感のない、極めて軽量で伸縮性のあるデバイスシリーズです。

現在は、センサー素材をほぼあらゆる物体に巻き付け、人間の皮膚と同等の感度を与える方法を研究しています。最も直接的な応用はロボットの手指に巻き付け、触覚による物体認識を可能にすることです。しかし応用範囲はそれだけにとどまりません。「応用の可能性は無限大です」とルー氏。「伸縮性のある電子皮膚は、ほぼあらゆる物体に巻き付けることができます」

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