新型フレキシブルテラヘルツカメラが複雑な物体形状の安全・精密検査を実現

今日のデジタル時代において、「IoT（モノのインターネット）」デバイス（ソフトウェアとセンサーを内蔵）の使用が広く普及しています。これらのデバイスにはワイヤレス機器、自律機械、ウェアラブルセンサー、セキュリティシステムなどが含まれます。それらの複雑な構造と特性のため、安全性と有用性を評価し、潜在的欠陥を排除するために、それらを詳細に精査する必要があります。しかし同時に、検査中にデバイスを損傷させないことも求められます。

0.1〜10THzの周波数帯の放射に基づくテラヘルツ（THz）イメージングは、高い透過性、分解能、感度により急速に人気を集めている非破壊検査手法の一つです。しかし、従来のTHzカメラは大型で剛性があり、凹凸のある表面のイメージングへの応用を制限しています。さらに、高コストとセンサー構成の汎用性のなさから、実用的な代替手段とは言えません。より適応性の高いセンサーが求められています。

このギャップを埋めるため、東京工業大学の河野行雄准教授率いる研究チームが、不規則な形状の物体の盲点をイメージングできる、柔軟で自立型のTHzセンサーアレイを設計しました。

「テスト対象の形状、構造、サイズの多様性を考えると、カメラ設計とセンサーは様々な構成に適合するよう適応可能でなければなりません。我々の研究では、適応可能な形状を持つTHzカメラを生成する、シンプルでコスト効率の良い製造法を開発しました」と河野博士は述べています。

科学者たちは、こうしたセンサーに使用される材料が、THzスペクトルでの優れた吸収性と、放射を検知可能な電気信号に変換する高効率を備えている必要があることを知っていました。この理由から、優れた機械的強度と柔軟性も兼ね備えたカーボンナノチューブ（CNT）フィルムを選択しました。レーザー誘起スリットを持つポリイミドフィルムとメンブレンフィルターを真空で通してCNT溶液を流しました。乾燥後、CNT溶液はパターン化されたポリイミドフィルムの層間に自立吊り下げ構造として残りました。さらに、CNTフィルムアレイの自己組織化と両端に電極を形成する能力に基づくシンプルな製造プロセスを開発しました。

そのために、パターン化されたポリイミドフィルム上に金属電極を蒸着しました。これらのプロセスにより、複数のカメラを持つTHzカメラパッチシートが生成されました。興味深いことに、吊り下げCNTフィルムの構造は、フィルタリング条件を変えることで摩擦力を変化させ、プロセスをカスタマイズ可能にしています。

さらに、パッチシートはハサミで切断して、より小型のポータブル・ウェアラブルセンサーにでき、テスト対象の表面に貼り付けてより良いカバレッジを得られます。研究者たちは、樹脂内のクラック、不純物、ポリマーの不均一なコーティングの検出・可視化、曲がったパイプ内のスラッジ検出により、産業用途を実証しました。これにより、品質管理作業へのカメラの潜在力が強調されています。

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