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超五感センサの開発最前線
[コードNo.06NTS149]

■体裁/ B5判・544頁
■発行/ 2005年 11月 25日
(株)エヌ・ティー・エス
■定価/ 47,088円(税込価格)

 人間の持つ五感と同じレベル、または超える感度を持つ超五感センサの開発が活発になってきている。情報科学、電子技術、分子生物学、脳科学、バイオミメティックス、ロボット工学などの急速な発展により、人間の五感では感ずることのできない情報(磁場、赤外線など)をも検出可能な超五感センサも生まれつつある。本書では、そのメカニズムの最新の生物学的研究、工学技術開発とその応用状況、優れた感度を持つ生体を五感別にまとめた。また、その研究開発を支える計測技術や情報処理などの周辺技術を紹介する。

執筆者一覧(掲載順)
向井利春(独)理化学研究所バイオ・ミメティックコントロール研究センター生物型感覚統合センサー研究チーム チームリーダー
羅志偉(独)理化学研究所バイオ・ミメティックコントロール研究センター環境適応ロボットシステム研究チーム チームリーダー
加藤陽(独)理化学研究所バイオ・ミメティックコントロール研究センター生物型感覚統合センサー研究チーム 研究員
中島弘道(独)理化学研究所バイオ・ミメティックコントロール研究センター生物型感覚統合センサー研究チーム 研究員
出澤正徳電気通信大学大学院情報システム学研究科 教授
泉雅裕松下電工(株)制御機器本部スイッチングデバイス事業部SSD商品部 副参事
森利宏北陽電機(株)技術本部 取締役技術本部長
太田淳奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科 教授
廣田正樹日産自動車(株)総合研究所第一技術研究所 主任研究員
八木康史大阪大学産業科学研究所 教授
岩井修一生物学ジャーナリスト
和田仁東北大学大学院工学研究科 教授
安藤繁東京大学大学院情報理工学系研究科 教授
小野順貴東京大学大学院情報理工学系研究科 講師
黒柳奨名古屋工業大学大学院工学研究科 助手
中川誠司(独)産業技術総合研究所人間福祉医工学研究部門 主任研究員
東原和成東京大学大学院新領域創成科学研究科 助教授
岡畑恵雄東京工業大学大学院生命理工学研究科 教授
林健司九州大学大学院システム情報科学研究院 助教授
玉置純立命館大学理工学部応用化学科 教授
上山智嗣三菱電機(株)先端技術総合研究所 主席研究員
土方健司三菱電機(株)神戸製作所公共部 専任
南戸秀仁金沢工業大学工学部機械系ロボティクス学科教授/高度材料科学研究開発センター所長代理
竹井義法金沢工業大学工学部機械系ロボティクス学科講師/高度材料科学研究開発センター研究員
喜多純一(株)島津製作所分析計測事業部事業戦略室新規事業開発グループ マネージャー
中本高道東京工業大学大学院理工学研究科 助教授
佐藤孝明(独)産業技術総合研究所セルエンジニアリング研究部門細胞ナノ操作工学研究グループ 主任研究員
三林浩二東京医科歯科大学生体材料工学研究所 教授
長谷川博長谷川香料(株)フレーバー研究所 所長/執行役員
清水豊電気通信大学電気通信学部システム工学科 教授
末廣尚士(独)産業技術総合研究所知能システム研究部門タスク・インテリジェンス研究グループ グループリーダー
中野健横浜国立大学大学院環境情報研究院 助教授
元島栖二岐阜大学工学部応用化学科 教授
陳秀琴華僑大学化学工程系 教授(中華人民共和国)/岐阜大学 特別研究員
田中真美東北大学大学院工学研究科 助教授
尾股定夫日本大学工学部電気電子工学科 教授
村山嘉延日本大学工学部電気電子工学科 助手
池内健京都大学再生医科学研究所 教授
高嶋一登京都大学再生医科学研究所 博士課程
葭仲潔(独)産業技術総合研究所人間福祉医工学研究部門治療支援技術グループ 研究員
津村稔ビー・エル・オートテック(株)生産部開発グループ 主務
加藤健治イーメックス(株) 研究員
宮下敬宏(株)国際電気通信基礎技術研究所知能ロボティクス研究所 上級研究員
井上雅博大阪大学産業科学研究所産業科学ナノテクノロジーセンター 助手
菅沼克昭大阪大学産業科学研究所 教授
石黒浩大阪大学大学院工学研究科 教授
縄稚典生広島県立西部工業技術センター応用加工技術部 副主任研究員
山本晃広島県立西部工業技術センター応用加工技術部 副主任研究員
池井寧首都大学東京システムデザイン学部システムデザイン学科 准教授
牧勝則(有)マキ・モデリストオフィス 代表取締役/デザイナーモデリスタ
江口工学九州工業大学大学院生命体工学研究科 博士後期課程
吉井清哲九州工業大学大学院生命体工学研究科 教授
勝部昭明埼玉大学工学部情報システム工学科 教授
吉田浩一プライムテック(株)アナリティカルサイエンス事業部 課長
金田弘挙サッポロビール(株)価値創造フロンティア研究所先端技術開発グループ グループリーダー
内田享弘武庫川女子大学薬学部 教授
小島洋一郎苫小牧工業高等専門学校地域共同研究センター副センター長/機械工学科 助教授
島津秀雄NECシステムテクノロジー(株)システムテクノロジーラボラトリ 所長
橋本篤三重大学生物資源学部 教授
春田康博横河電機(株)ライフサイエンス事業部MEGセンター 開発グループ長
小西亮介鳥取大学工学部電気電子工学科 教授
齊藤剛史鳥取大学工学部電気電子工学科 助手
廣瀬通孝東京大学先端科学技術研究センター 教授

詳細目次
第1編超五感センサの実現に向けて

1五感から超五感へ
2五感に対応するセンサ
視覚
聴覚
触覚
嗅覚・味覚
3超五感センサの未来
 
第2編五感センサの開発状況

第1章視覚センサ
2.1.1生体における視覚のメカニズム
1はじめに
2視覚的情報の役割
3人間の視覚システム
視覚的情報
眼の構造と光センサとしての網膜
眼球の構造
空間情報知覚の手がかり
4むすび
2.1.2照度センサNaPiCaの開発
1まえがき
2照度センサの構造と動作原理
3照度センサNaPiCaの特徴
人間の視感度に近い感度特性
周囲の明るさに比例した光電流出力
バッテリ駆動にも対応できる動作電圧
4あとがき
2.1.3人間型ロボット用小型距離センサの開発
1はじめに
2URGの特徴
3URGの構造
4距離計測原理の説明
5URGの距離演算
6URGを使った環境認識例
7URGを使った三次元画像
8URGを使ったレスキューロボット
9今後の課題
2.1.4人工視覚用デバイス
1人工視覚とその種類
2網膜上埋め込み方式
3網膜下埋め込み方式
4STS方式
5まとめと今後の展望
2.1.5赤外線センサの開発
1赤外線の特徴
2赤外線センサ
赤外線センサの分類
量子型(冷却型)センサ
熱型(非冷却型)センサ
3光学材料
4今後の課題
2.1.6全方位視覚センサの開発と応用
1はじめに
2実時間全方位視覚センサ
3高解像度全方位視覚センサ
4実時間全方位ステレオ
5おわりに
コラム 生体における脅威の世界 視覚センサ
 
第2章聴覚センサ
2.2.1生体における聴覚のメカニズム
1はじめに
2聴覚の驚異的な感受性
3聴覚器官の構造
4外耳および中耳の機能
5蝸牛の機能
6聴覚中枢系の概要
2.2.2生物模倣型センサ〜生物の感覚器の構造のモデル化とその工学的実現の研究〜
1はじめに
2蝸牛基底膜とフィッシュボーン音響センサ
基底膜の周波数分解メカニズム
基底膜の音響伝搬の単方向性
基底膜の自己相似性
人工基底膜マイクロホン
3骨伝導モデルと食感評価音響センサ
咀嚼音の骨伝導モデル
前歯せん断型食感評価音響センサシステム
奥歯すりつぶし型食感評価音響センサシステム
4その他の生物模倣型センサと関連研究の概要
四耳式音源定位センサ
メンフクロウの両耳聴覚と音源定位センサ
ヤドリバエを模擬した微小音源定位センサ
音の三要素分解と聴覚情景解析
2.2.3パルスニューラルネットワークによる聴覚情報処理システム
1はじめに
2聴覚における情報処理とその応用
3PNモデル
4両耳間時間差の抽出システム
音源定位に関する聴覚系情報処理の流れ
音源定位のための両耳間時間差抽出システム
5まとめ
2.2.4骨導超音波知覚と重度難聴者のための新型補聴器への応用
1はじめに
2知覚特性、知覚メカニズムの検討
骨導超音波(正弦波)の基礎的知覚特性
振幅変調された骨導超音波の知覚特性
骨導超音波の神経伝導路の解明
3骨導超音波補聴器の開発と評価
骨導超音波補聴器の開発
骨導超音波補聴器の評価試験
4まとめと今後の展望
コラム 生体における脅威の世界 聴覚センサ
 
第3章嗅覚センサ
2.3.1生体における嗅覚のメカニズム
1はじめに
2嗅覚受容体遺伝子
3嗅覚受容体の匂いセンサ機能
4嗅細胞における匂い情報伝達
5脳への匂い情報伝達
6フェロモンセンサ
7おわりに
2.3.2水晶発振子匂いセンサの開発
1はじめに
2測定方法
3香料のセンシング
4鼻の嗅上皮細胞との比較
5匂いの識別
6おわりに
2.3.3匂いコードセンサの開発
1はじめに
2匂いコードセンサの定義
3部分構造センサ
4水膜電極を用いた分子の部分構造認識型匂いセンサ
5匂いの定量的表現方法
6むすび
2.3.4悪臭検知センサの開発
1悪臭
2半導体ガスセンサ
3悪臭検知のための半導体ガスセンサ
最近の悪臭ガスセンサの研究
CuO―SnO2系H2Sセンサ
複合酸化物系センサ
4まとめ
2.3.5高感度油臭センサの開発
1はじめに
2高感度油臭センサ
高感度油臭センサの概要
油臭検出の原理
油汚染水への応答
油種識別
3油汚染監視装置の運用
油汚染事故監視装置の概要
河川汚染油検出と油種識別
運用例
4おわりに
2.3.6火災早期発見のためのニオイセンサシステムの開発
1はじめに
2実験方法
3実験結果と考察
4まとめ
2.3.7「におい識別装置」の開発
1概要
2におい識別装置
3におい識別装置の工夫
4におい識別装置の解析方法における工夫
5絶対値表現解析
6官能尺度を代替する臭気指数相当値出力
ニオイ質の表現1(類似度)
ニオイ質の表現2(臭気寄与)
トータルの臭気指数相当値
7絶対値表現ソフトウェアASmell2を用いた実サンプル臭気指数相当値測定
8おわりに
2.3.8匂いセンサを用いた匂いの記録再生システム
1はじめに
2匂いの記録再生システム
3匂い記録実験
4質量分析器による匂いレシピの決定
5まとめ
2.3.9嗅覚機能模倣型ニオイセンサの設計に向けて
1はじめに
2種々のニオイセンサ
ニオイセンサの方式と応用の多様化
金属酸化物半導体ニオイセンサ
高分子ニオイセンサ 光学的ニオイセンサ
3嗅覚機能模倣型ニオイセンサ
ニオイセンサ開発のための2つの戦略
センサ出力と感覚量とのギャップ
ニオイ分子を受容するために特殊化した嗅シリア
嗅覚レセプタのニオイ分子識別能
嗅覚機能模倣型ニオイセンサのためのレセプタ感度依存的階層的情報符号化情報処理システム
医療診断用ニオイ型体臭識別センサ
4まとめ
2.3.10生体認識素子を用いた高選択性ガスセンサおよび人工嗅覚
1はじめに
2バイオスニファ:生体認識素子を用いたガスセンサ
アルコール用バイオスニファ
アルデヒド用バイオスニファ
肝臓の薬物代謝酵素を用いたバイオスニファ
3バイオスニファを使った匂い情報科学(Smell Informatics)
スティック型バイオスニファによる呼気計測応用
光ファイバ式バイオノーズ(人工嗅覚)と匂い情報伝達
バイオスニファを利用した「無臭透かし」(無臭化学情報コード)
コラム 生体における脅威の世界 嗅覚センサ
コラム ヒトのスーパーセンシング フレーバリスト
 
第4章触覚センサ
2.4.1生体における触覚のメカニズム
1はじめに
2触覚の基本感覚
3触覚の感度と分解能
触覚の生理機構
触覚の感度と分解能
4触覚の心理物理特性
時空間加重
マスキング
仮想の運動知覚
5ハプティックスによるセンシング
2.4.2ロボットへの装着を目的とした柔軟な面状触覚センサの開発
1はじめに
2必要とされる機能
3基本構造
4シリコン埋め込み式触覚センサ
5ダイレクト成形式曲面状触覚センサ
曲面状触覚センサ製作の必要性と困難さ
二次元曲面状触覚センサ
自由曲面状触覚センサ
6コントローラ
7おわりに
2.4.3全身触覚を持つロボットアーム
1はじめに
2システム概要
3センサシート仕様
形状
力・抵抗特性
PA10への取りつけ
接触センサ情報サーバ
4接触情報に基づく接触回避戦略
リンク上の接触情報と局所的な回避戦略
複数接触情報の統合
作業動作との統合
制御手法の特徴
動作実験
5まとめ
2.4.4触覚認証技術の開発
1バイオメトリクス認証と触覚情報
2摩擦認証システムの概要
ハードウェア
ソフトウェア
3生体情報としての摩擦信号
4摩擦信号に基づく照合
照合のコンセプト
DPマッチング法
最適マッチング系列
照合結果
2.4.5カーボンマイクロコイル(CMC)を活用した超高感度触覚センサの開発
1はじめに
2開発のコンセプト〜人間の皮膚感覚構造(触覚センサ)に学ぶ〜
3センサ素子原料
4素子の作成法およびセンサ特性評価法
5センサ特性
CMCの添加量
センサの超微小化
最小検出感度
ダイナミックレンジ
識別能
6触覚センシング原理
7まとめ
8今後の展望
2.4.6皮膚性状計測用センサ
1はじめに
2センサおよび測定システム
3予備実験および信号処理法
分散
周波数解析
4皮膚測定
5おわりに
2.4.7触診を定量化する触覚センサの開発
1はじめに
2触診を定量化するために
3触覚センサの測定原理
ヒトの指と触覚センサの相同性
触覚センサの等価回路と接触インピーダンス
位相シフト法
システム構成および硬さ測定法
4測定が容易な触覚センサ
5応用事例
血管用カテーテル
乳がんチェッカ
卵子の品質評価
6おわりに
2.4.8画像処理を用いた内視鏡用触覚センサ
1はじめに
2触覚センサの原理および利点
接触力の算出
圧縮剛性の算出
本触覚センサの利点
3本触覚センサの試作例
操作性の向上
剛性の測定
4おわりに
2.4.96軸力覚センサの開発
1はじめに
2力測定の基本原理
ひずみゲージ
原理
3力覚センサの基本原理
起わい体の構造
過負荷保護機構
実用センサの構造と内部処理
4製品開発から適用状況
手首用力覚センサ
指先装着用力覚センサ
足首用着用力覚センサ
5海外の事例
6まとめ
2.4.10高分子アクチュエータのセンサへの応用
1緒言
2イオン伝導アクチュエータの構造
3イオン伝導アクチュエータのセンサ出力
基本特性
出力特性
その他基本特性
4人工皮膚としての応用
単一素子のセル化
人工皮膚への応用
5おわりに
2.4.11シリコンゴム内部に圧電素子を張り巡らせた人工皮膚センサの開発
1はじめに
2センサの実装技術
センサシートの基本構成と技術的課題
配線用導電性接着剤の柔軟性と接着性
導電性接着剤配線によるピエゾフィルムの実装
3全身触覚を持つヒト型ロボット
4相互接続型自己組織化センサネットワーク
5ロボットが全身触覚を持つことで実現できるヒトとのインタラクション
6おわりに
2.4.12ダイヤモンドを用いた圧力センサの試作
1はじめに
2実験
ダイヤモンドの合成とボロンドープの方法
圧力センサの設計
圧力センサの試作および評価
3結果と考察
4まとめ
2.4.13触感ディスプレイの開発
1はじめに
2触覚
3触覚ディスプレイ
力覚(深部感覚)ディスプレイ
皮膚感覚ディスプレイ
4触覚テクスチャーディスプレイの開発
TextureDisplay 2R
TextureDisplay 2Rの可変周波数提示
TextureExplorer
5おわりに
コラム 生体における脅威の世界 触覚センサ
コラム ヒトのスーパーセンシング 服作りにおけるハンドメードとマシンメード
 
第5章味覚センサ
2.5.1生体における味覚のメカニズム
1はじめに
2基本味覚
3味覚器の構造
味蕾
味蕾細胞
味神経
4電気的味応答
膜電位、細胞内の細胞外に対する電位差
受容器電位と活動電位
5化学的応答
Gタンパク質
味蕾細胞の化学的応答
6各種味物質受容体と味応答
塩味
酸味
苦味
甘味
旨味
7おわりに
2.5.2複合イオン電極を用いた味覚センサとその信号処理
1はじめに
2複合イオン電極を用いた味覚センサ
イオン選択性電極を用いた味覚センサ
金属酸化物半導体を用いた複合型味覚センサ
3味覚センサの信号処理とその応用
味の分類と特徴抽出
味の感性表現
センサ融合による味覚センサの高感度化
4階層型センサ融合による風味センサ
階層型主成分分析を用いた風味センサ
ニューラルネットワークを用いた風味センサ
5おわりに
2.5.3味識別システムの最新技術と応用
1はじめに
2味識別システムαASTREERの概要
3電気化学センサによる味の検出原理
4ケモメトリックスの適用
5アプリケーション
お茶の味の識別
薬の苦味のマスキング効果の判定
6おわりに
2.5.4コク・キレセンサの開発
1はじめに
2ビールのコク、キレ
3コク・キレセンサの開発
計測原理
ビールのコク・キレ計測
4苦味計測システム
5渋味計測システム
6おわりに
2.5.5味覚センサの医薬品業界における応用
1はじめに
2味センサ装置の概略ならびに薬物の苦味定量の原理
3塩基性薬物(抗生剤など)の苦味の定量化
4苦味抑制剤による苦味マスキング効果の評価
5アミノ酸類・成分栄養剤における苦味定量への利用
7総括
2.5.6食品・医療向け超音波式味覚センサの開発とその応用
1はじめに
味覚計測への期待
心理学的な味の評価
工学的な味の評価
味識別への超音波計測の応用
2超音波による味物質を含む溶液の測定
実験方法
単一の味物質を含む溶液の音響特性
味物質を混合した溶液の音響特性
3超音波計測による食品の識別
味の相互作用
紅茶と緑茶、ならびにジュースの識別
日本酒の識別と熟成度
4ソフトコンピューティングによる味識別
自己組織化ニューラルネットワーク(SOM)による味の識別
ファジィ推論による味の識別
5ソノルミネセンスによる味溶液の識別
5基本味に対するソノルミネセンスの発光強度
発光強度の経時変化に関する検討
主成分分析による味識別の可能性
6おわりに
2.5.7味見ができるロボットの開発
1はじめに
2設計方針
ロボットに持たせるべき味分析の機能
味見ロボットの外観と内部構造
味見ロボットの外観
3分光分析による食品分析の原理
分光分析センサの概念図
検量線に基づく食品の定量分析
パターン認識に基づく食品名の分析
4関連する研究
5まとめ
コラム 生体における脅威の世界 味覚センサ
 
第3編五感センサを支える技術

第1章五感をとらえる脳磁計測技術
1はじめに
2脳磁計測の原理
3脳磁計のシステム構成
SQUID磁束計
デュワ
計算機システム
磁気シールドルーム
4脳磁計の応用
5おわりに
 
第2章視覚と聴覚を併用した単語認識システムの構築
1はじめに
2視覚による動き計測
輪郭モデルによる唇領域の抽出
動き特徴量
3聴覚による動き計測
発話区間抽出
音声特徴量
4視覚と聴覚による単語認識
5統合認識
6認識実験
7おわりに
 
第3章五感情報処理の展望
1はじめに
2五感とは何か
3なぜ五感なのか
4VR(バーチャル・リアリティ)技術と五感
視覚以外のディスプレイ
視覚・聴覚ディスプレイ
5体験の記録
6おわりに
 

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