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環境・福祉分野におけるスマートセンシング調査研究委員会
野田和俊 (国研)産業技術総合研究所
田中勲 清水建設(株)
寺内靖裕 理研計器(株)
長谷川有貴 埼玉大学
松本裕之 岩崎電気(株)
海福雄一郎 (株)ガステック
勝部昭明 埼玉大学
安藤毅 東京電機大学
南戸秀仁 金沢工業大学
石垣陽 ヤグチ電子工業(株)
外山滋 国立障害者リハビリテーションセンター研究所
原和裕 東京電機大学
中川益生 岡山理科大学
南保英孝 金沢大学
川瀬利弘 東京工業大学
大薮多可志 国際ビジネス学院
私たちは、日常の何気ない普段の生活の中で、多種多様なセンサを利用しており、その恩恵を受けている。例えば、一番身近なものの例として、温度計がある。風邪など体調管理でも体温計は古くから重要なアイテムとして利用されており、以前は水銀を使用したものばかりであったが、近年では電子体温計となり、さらに接触式から非接触式へと進化を遂げている。このようにセンサの進化は、温度計に限ったものではなく、湿度や圧力、振動などでも同様な発展を遂げている。
測定対象物の変化を検知し、電気やその他の方法によって出力・表示などを行うセンサは、家庭用コンピュータ、携帯電話などが普及し始めたここ20～30年の間に、小型化、省力化、多機能化が進み、CPUや通信機能までも内蔵する、スマートセンサと呼ばれる状況までに至っている。特に、近年のスマートフォンの普及がさらなる進化へと加速させている。このように、急激に進化を遂げているセンサ、特にスマートセンサであるが、ガスや匂いなどのセンサについては、まだまだ発展の余地が残されているものも数多くある。今後、日本では人口の減少が続き、それに伴い労働人口も減っており、超高齢化社会に入り始めている。このような情勢の中、安全、安心な社会生活を送る上でも、ますますいろいろなセンサ・デバイスが必要かつ重要となっていくことが考えられ、すべてのセンサがスマートセンサ化されることが望まれている。
本書では、このような状況から他の分野と比較してスマートセンサの重要性と、さらなる発展が望まれている環境・福祉分野について特に注目し、その技術動向を調査した。また、それ以外の分野も含めた総合的な視点で取りまとめを行っている。さらに、研究分野のみならず、実例なども取り混ぜている点など、従来の書籍とは一線を画している。共通課題としての「環境・福祉」を中心に、基礎的なセンシング技術、応用技術までの幅広い内容を、第一線の研究者の成果を中心に集積したものである。本書が、今後のスマートセンサ開発の参考になることを目指している。
(「巻頭言」より抜粋)
第1章 スマートセンシング (野田和俊)
1.1 はじめに
1.2 スマートセンサの定義と背景
1.3 スマートセンサを取り巻く状況とその効果
第2章 環境に関わるケミカルセンシング
2.1 はじめに (田中勲)
2.2 ガスセンサ (寺内靖裕)
2.2.1 ガスセンサの現状技術
1) ガスセンサと検知器のシステムの組み合わせによるスマート化
2) ガスセンサとMEMS 技術について
3) ガスセンサに搭載されているスマート技術
2.2.2 課題と展望
1) 操作・管理面でのスマート化
2) 情報処理に関するスマート化
2.3 室内・生産施設環境とケミカルセンサ (田中勲)
2.3.1 現状技術
1) クリーンルーム用QCMセンサ
2) マイクロアンモニアモニタ
3) クリーンルーム用有機ガス自動モニタリングシステム
4) 医薬品生産施設の高活性薬塵モニタリング
2.3.2 課題と展望
1) クリーンルームBEMSの紹介と今後の展望
2.4 PM2.5 (長谷川有貴)
2.4.1 PM2.5とは
2.4.2 PM2.5の発生源と生成メカニズム
2.4.3 現状技術
2.4.4 課題と展望
2.5 医療・排ガス・匂い (松本裕之)
2.5.1 医療、排ガス、匂い検知の現状技術
1) 医療関連ガス検知の現状技術
2) 排ガスセンサの現状技術
3) 匂い(嗅覚)センサの現状技術
2.5.2 課題と展望
2.6 労働衛生分野における適用事例・具体例 (海福雄一郎)
2.6.1 労働衛生分野におけるスマートセンシングの役割
2.6.2 労働安全分野におけるセンシングの基本的な考え方
2.6.3 曝露測定
2.6.4 センシング機器
2.6.5 活用事例
1) 溶接作業中の一酸化炭素測定
2) 火災、災害現場におけるセンシング
3) ビデオ曝露モニタリング(VEM)システム
4) メタノール使用施設におけるVEMシステムの活用事例
5) 排水処理場における硫化水素の連続モニタリング
6) 農業集落排水処理場における汚泥貯留槽内の硫化水素モニタリング事例
2.6.6 課題と展望
2.7 まとめ (田中勲)
コラム 粒子状物質汚染 (勝部昭明)
第3章 環境に関わるフィジカルセンシング
3.1 はじめに (安藤毅)
3.2 屋内環境におけるスマートセンシング (安藤毅)
3.2.1 屋内環境におけるフィジカルセンサの役割
3.2.2 エコ家電
1) 人感センサ
2) 照度センサ
3) 温度センサ
4) 対物センサ
5) カメラ
3.2.3 スマート家電
1) 通信機能
2) 遠隔操作
3) 見える化
4) スマートフォンのセンサとの連携
5) スマート家電が有する情報処理機能
6) 自動掃除ロボット
3.2.4 スマートハウス
1) HEMS
2) スマートメーター
3.2.5 ビルエネルギー管理システムBEMS
3.2.6 BEMSにおけるセンシング活用事例
1) 各種設備の自動制御
2) 施設管理システムとの連携制御
3) ネットワークによるデータ収集と「見せる化」
3.2.7 課題と展望
3.3 スマートセンシングのためのエネルギーハーベスティング (安藤毅)
3.3.1 スマートセンシングの電源問題
3.3.2 エネルギーハーベスティングの実用事例
3.3.3 スマートセンシングとエネルギーハーベスティングの今後
3.4 ビッグデータを用いたスマートセンシング (南戸秀仁)
3.4.1 トリリオンセンサ社会におけるスマートセンシング
1) センサから得られるデータを分析・解釈する技術を高度化する流れ
2) トリリオンセンサを用いて収集したビッグデータを統合して役立つ情報を抽出する流れ
3.4.2 トリリオンセンサを用いたスマートセンシング技術の応用分野
1) 医療・ヘルスケア分野への応用
2) 自動車分野への応用
3) 土木・建築分野への応用
3.4.3 ビッグデータとIoT、IoE技術
3.4.4 トリリオンセンサによるエネルギーハーベスティング技術
3.4.5 赤外線画像によるトリリオンセンシング技術
3.4.6 トリリオンセンサとネットワークによる家電制御技術
3.4.7 様々なセンサと処理回路を集積化したMEMS技術によるトリリオンセンシング技術
3.4.8 新ビジネス創生のためのトリリオンセンサ技術の最新動向
3.4.9 課題と展望
3.5 センシアブルシティ (南戸秀仁)
3.5.1 スマートコミュニティ
3.5.2 センシアブルシティ(Senseable City)
3.5.3 課題と展望
3.6 農業のスマートセンシング (長谷川有貴)
3.6.1 農業におけるセンシング対象
3.6.2 農業におけるスマートセンシング
3.6.3 課題と展望
3.7 スマートセンサを用いた放射線量モニタリング (南戸秀仁)
3.7.1 パッシブタイプ放射線センサ
3.7.2 蛍光ガラス線量計におけるラジオフォトルミネッセンス
3.7.3 蛍光ガラスを用いた放射線量の可視化技術
3.7.4 放射線センサを搭載したヘリ型ロボットによる線量分布モニタリング
3.7.5 簡易放射線センサ「ポケットガイガー」を用いた線量分布モニタリング
3.7.6 課題と展望
3.8 参加型の放射線モニタリング事例 (石垣陽)
3.8.1 ポケットガイガー
3.8.2 開発の動機
3.8.3 ハードウェア設計
1) 汎用半導体センサ
2) スマートフォンの利用
3) DIYによる半製品化
3.8.4 γ線検出回路の設計
3.8.5 ソフトウェア設計
3.8.6 参加型開発
1) クラウドファンディング
2) ソーシャルメディアとパブリシティ
3) オープンソース型の産学連携研究
4) ソーシャルプロダクト化
3.8.7 「測定」から「共有」、そして「議論」へ
3.8.8 課題と展望
3.9 まとめ (安藤毅)
コラム スマートセンシングとプライバシー (安藤毅)
第4章 人体に関わるケミカルセンシング
4.1 はじめに (外山滋)
4.2 侵襲型・低侵襲型デバイス (外山滋)
4.2.1 健康管理のためのセンサ
1) 皮下留置型の連続モニタリング血糖値センサなど
2) その他の体内埋め込み型ケミカルセンサ
4.2.2 身体障害者のQOL向上を目指した体内埋め込み電極
1) BMIのための脳内埋め込み型脳波電極
2) 人工内耳
3) 人工網膜
4.2.3 管理のためのデバイス
1) Passive integrated tag(PIT)タグ
2) 人体用RFIDタグ
4.2.4 侵襲型デバイスをサポートするための補助デバイス
1) フレキシブル電極
2) 体内と体外との間の通信手段
3) 体内電源
4.2.5 課題と展望
4.3 人体から放出されるガス・においのセンシング (原和裕)
4.3.1 皮膚ガスとそのセンシング
1) 皮膚ガスとは
2) 皮膚ガスと健康状態・疾病との関係
3) 皮膚ガスの検出方法
4) 皮膚ガスのスマートセンシング
4.3.2 呼気ガスとそのセンシング
1) 呼気ガスとは
2) 呼気ガスと健康状態・疾病との関係
3) 呼気ガスの検出方法
4) 呼気ガスのスマートセンシング
4.3.3 課題と展望
4.4 汗のケミカルセンシング (外山滋)
4.5 味覚のセンシング (長谷川有貴)
4.5.1 味覚の仕組み
4.5.2 味覚のセンシング
1) 人工脂質膜センサ
2) イオン選択膜センサ
3) LB(Langmuir–Blodgett)膜センサ
4) 近赤外分光測定によるセンシング
5) 味細胞、味受容体センサ
4.5.3 課題と展望
4.6 食品劣化のセンシング (長谷川有貴)
4.6.1 食品の劣化
4.6.2 食品劣化のセンシング
4.6.3 課題と展望
4.7 まとめ (外山滋)
コラム 究極のスマートセンサ (中川益生)
第5章 からだに関わるフィジカルセンシング
5.1 はじめに (南保英孝)
5.2 生体信号を使ったウェアラブルデバイス (川瀬利弘)
5.2.1 はじめに
5.2.2 筋活動に関する生体信号
5.2.3 脳活動に関する生体信号
5.2.4 その他の生体信号
5.2.5 おわりに
5.3 ウォーキングによる高齢者健康維持と健康寿命延伸 (大薮多可志、勝部昭明)
5.3.1 日本の高齢社会
5.3.2 健康測定機器
5.3.3 健康維持のための運動
5.3.4 歩数特性
1) 実験方法
2) 実験結果
5.3.5 Walkingによる健康まちづくり
5.3.6 課題と展望
5.4 計測・蓄積データの利活用〜ライフログとゲーミフィケーション〜 (南保英孝)
5.4.1 ライフログ
1) 通信機能付き健康測定機器によるライフログ
2) 健康に関するその他のライフログ
5.4.2 ライフログの問題点
5.4.3 ゲーミフィケーション
1) 健康管理とゲーミフィケーション
2) 健康増進とゲーミフィケーション
5.4.4 ゲーミフィケーションの将来展望
5.5 まとめ (南保英孝)
コラム 観光とセンサ (大薮多可志)
