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ヘルスケア・ウェアラブルデバイスの開発    
Advances in Healthcare Wearable Devices
[コードNo.2017T041]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 菅沼克昭
■体裁/ B5判 245ページ
■発行/ 2017年3月10日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 82,080円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1239-2

 
★ヘルスケア・医療用途を目指した、ウェアラブルデバイスの開発競争が激化!
★衣類型や貼り付け型デバイスにより、心拍、呼吸、脳波、体温、発汗、血圧そして運動状態など、生体情報を計測し健康管理へ活用する!
★ウェアラブルデバイスに求められる装着違和感の低減、動きへの追従性などの課題解決へ向けた材料、実装技術を一挙紹介!

キーワード

ヘルスケア / ウェアラブルデバイス / IoT / フレキシブル / トランジスタ / カーボンナノチューブ / ストレッチャブル配線 / 銀ナノワイヤ / 導電性ペースト/ 導電性高分子 / 導電性繊維 / 透明導電膜 / プリンテッドエレクトロニクス / 電池・電源 / エネルギーハーベスティング / 振動発電 /熱電発電 / バイオ電池 / 通信技術 / ガスセンサ / 生体センサ / スマート衣料 / 貼り付け型

刊行にあたって

「ウェアラブル」の言葉自体は、すでに30年以上前から使われだした長い歴史がある。その頃の呼称の対象は、あくまでもパソコンそのものであり、「ハンドヘルドコンピューター」とも呼ばれていた。1980年代後半に、デスクトップ型のパーソナルコンピューターがノートブック型となり、さらに一気に手のひらに載るハンドヘルドコンピューターが市場に登場したわけである。冬物の大きなコートのポケットにようやく収まる程度の大きさでも、手に持って小さな白黒の画面とキーボードが付いており、プログラムが作れたり原稿が書け、その機能と軽さに感動したことを覚えている。身に着けることができるコンピューターであり、ガジェット好きの特殊な用途であったのは間違いがない。ほとんどのデバイスはスタンドアローンであり、これを電話回線越しにネットに繋ぐのは、これまた大事であった。それが、今日、子供までが桁違いに能力を増したスマホを持ち歩いて、インターネットに繋がり情報を得て、当たり前のように使っている。
我々は、すでにIoTの世界にどっぷりと浸かっている。もう、スマホやタブレットばかりでなく、インターネットとその様々なサービス無しには日々を送れない程になっている。このIoTの世界が、今後、どのような展開を見せるのかは、簡単に予測できる世界ではないものの非常に楽しみである。その中で、間違いなく革新的な技術展開と市場拡大が期待できるのが、各種ウェアラブル・デバイスであろう。今は、スマホやタブレットと組み合わせた腕時計型フィットネス・デバイスが主体であるが、いずれ、高齢化社会に対応した様々なサービスに求められるウェルネス、ヘルスケア市場への巨大な世界展開が期待できる。本書では、その未来を予測できる要素技術の現状を理解するために、我が国のこの分野の代表的な技術者、研究者が詳解するものである。本書が、この分野に携わる技術者の皆様のお役に立てれば、真に幸いと感じる次第である。

大阪大学 産業科学研究所
菅沼克昭

著者一覧

菅沼克昭大阪大学
高河原和彦日本電信電話(株)
小笠原隆行日本電信電話(株)
樋口雄一日本電信電話(株)
家裕隆大阪大学
安蘇芳雄大阪大学
竹田泰典山形大学
時任静士山形大学
関口貴子(国研)産業技術総合研究所
荒木徹平大阪大学
吉本秀輔大阪大学
植村隆文大阪大学
関谷毅大阪大学
入江達彦東洋紡(株)
石丸園子東洋紡(株)
吉田学(国研)産業技術総合研究所
井上雅博群馬大学
鳥光慶一東北大学
川喜多仁(国研)物質・材料研究機構
竹内敬治(株)NTTデータ経営研究所
保坂寛東京大学
菅原徹大阪大学
荒木圭一(株)KRI
辻村清也筑波大学
四反田功東京理科大学
植原聡日立化成(株)
柴田智章日立化成(株)
池田綾日立化成(株)
矢田部剛日立化成(株)
天童一良日立化成(株)
峯岸知典日立化成(株)
越地福朗東京工芸大学
能木雅也大阪大学
和泉慎太郎神戸大学
竹井邦晴大阪府立大学
鈴木克典ヤマハ(株)
木村睦信州大学
岡部祐輔セメダイン(株)
大高秀夫バンドー化学(株)

目 次

第1章IoTとウェアラブルの世界
1IoTのためのウェアラブル・フレキシブル・エレクトロニクス
1.1IoTとウェアラブル・デバイス
1.2ウェアラブルで必要とされる要素技術
1.3ウェアラブル・デバイスとプリンテッド・エレクトロニクス
2導電性機能素材hitoe®を用いたウェアラブル技術と応用展望
2.1はじめに
2.2導電性機能素材“hitoe®”と、ウェア型生体情報計測デバイス
2.2.1導電性機能素材“hitoe®”
2.2.2ウェア型生体情報計測デバイスの構成技術
2.3スマートフォンによる生体情報の推定
2.3.1心電波形による呼吸活動の推定
2.3.2心拍数による運動許容量の推定
2.3.3加速度による様態情報の推定
2.4生体情報に基づくサービス応用への展開
2.5まとめ
第2章フレキシブルトランジスタ
1塗布法への適用に向けたn型有機トランジスタ材料の開発
1.1はじめに
1.2OFETの素子構造と駆動原理
1.3n型OFET材料に向けた電子受容性ユニットの設計
1.4カルボニル架橋電子受容性ユニットを導入したn型OFET材料の開発
1.5ジシアノメチレン基導入シクロペンテン縮環チオフェンに基づくn型OFET材料開発
1.6N-アルキルフタルジチオイミドを末端ユニットに導入したn型OFET材料の開発
1.7おわりに
2超薄型フィルム上に作製した全印刷型有機集積回路
2.1はじめに
2.2全印刷有機薄膜トランジスタの作製プロセス
2.2.1トランジスタ構造が抱える課題
2.2.2印刷電極が抱える課題
2.3超薄型フィルム基板上の全印刷型有機集積回路
2.3.1超薄型フィルム基板上への全印刷型有機トランジスタの作製
2.3.2超薄型フィルム基板上のデバイス特性
2.4今後の展望
3導電性単層CNTゴム複合材料による柔軟・伸張性トランジスタ
3.1概要
3.2単層CNTゴムトランジスタの構造
3.3CNTゴムトランジスタの製造プロセス
3.4単層CNT、ゴム、ゲルのトランジスタの柔軟性
3.5おわりに
第3章ストレッチャブル配線
1ウェアラブルデバイスのための印刷可能なストレッチャブル配線
1.1はじめに
1.2ストレッチャブル配線
1.3銀ナノワイヤを用いたストレッチャブル透明導電膜
1.4レーザーを用いた非接触印刷によるストレッチャブル配線の形成
1.5超ストレッチャブル配線
1.6まとめ
2ストレッチャブル導電性ペーストの開発と応用展望
2.1はじめに
2.2ストレッチャブル導電性ペースト
2.2.1概要
2.2.2伸長時の抵抗変化
2.2.3繰り返し伸縮時の抵抗変化
2.2.4スクリーン印刷性
2.2.5ストレッチャブル導電性ペーストまとめ
2.3ストレッチャブル配線を用いた応用例
2.3.1フィルム状機能素材“COCOMI®”
2.3.2心電図計測
2.3.3心電図計測ウェアの活用
2.3.4生体情報計測ウェアの開発の課題
2.4おわりに
3高伸縮導電配線
3.1はじめに
3.2高耐久・高伸縮配線の実現
3.3高伸縮性短繊維配向型電極
3.4高伸縮性マトリクス状センサーシート
3.5まとめ
4伸縮性配線の疲労メカニズムと実装技術
4.1はじめに
4.2主な伸縮配線材料の種類
4.2.1金属および関連材料
4.2.2導電性高分子
4.2.3エラストマーをバインダとした導電ペースト
4.2.4伸縮性配線材料の比較
4.3繰返し変形に伴う疲労現象
4.3.1金属疲労
4.3.2エラストマー(ゴム)の疲労
4.4伸縮性導電ペースト印刷配線の繰返し引張試験
4.5今後のストレッチャブルデバイスの発展を見据えた実装技術上の課題
4.6おわりに
5フレキシブルシルク電極
5.1はじめに
5.2フレキシブルシルク電極
5.3応用例
5.3.1フレキシブルシルク電極(絹糸)
5.4おわりに
6樹脂との密着性と柔軟性に優れた導電材料の開発とフレキシブルインターコネクトへの応用
6.1はじめに
6.2高導電性ポリマー/金属複合材料とその構造
6.3光溶液化学を用いた導電性ポリマー/金属複合材料の高速合成
6.4液滴塗布プロセスと光化学反応プロセスの融合による導電性ポリマー/金属複合材料の微細パターンの形成
6.5導電性ポリマー/金属複合材料とプラスチック基材との密着性
6.6導電性ポリマー/金属複合材料の柔軟性
6.7おわりに
第4章電池・電源
1ウェアラブルデバイス向けエネルギーハーベスティング技術
1.1はじめに
1.2ウェアラブルデバイスの電源オプション
1.2.1電源配線
1.2.2電池
1.2.3無線電力伝送
1.2.4エネルギーハーベスティング
1.3ウェアラブル向けエネルギーハーベスティング技術の開発動向
1.3.1太陽電池
1.3.2電波
1.3.3力学的エネルギー
1.3.4熱エネルギー(温度差)
1.3.5その他の発電方式
1.4今後の課題
2ジャイロ型振動発電機
2.1はじめに
2.2ジャイロ効果
2.3モータ回転型発電機
2.4ダイナビー型発電機
2.5おわりに
3ウェアラブルデバイスに向けたフレキシブル・マイクロ熱電素子の開発
3.1はじめに
3.2熱電発電(変換)技術
3.3フレキシブル熱電モジュール(素子)の設計指針(デザインと用途)
3.4フレキシブル熱電モジュールの作製方法と変換特性
3.5フレキシブル熱電モジュールの信頼性
3.6ウェアラブル・ポータブル用フレキシブル・マイクロ熱電モジュール
4塗布型フレキシブル熱電変換素子の作製技術とウェアラブルデバイスへの適用
4.1はじめに
4.2フレキシブル熱電変換素子とは
4.3ナノ粒子の合成
4.4インク化
4.5薄膜の作製〜カレンダ処理
4.6π型フレキシブル熱電変換素子の作製
4.7ファブリックモジュール
4.8まとめと今後の展望
5ウェアラブル電源としてのバイオ電池
5.1化学物質(バイオ燃料)からの環境発電
5.2バイオ電池の作動原理、技術
5.3性能向上に向けた課題と開発動向
5.3.1炭素のメソ孔制御
5.3.2炭素のマクロ孔制御
5.4高性能ウェアラブルバイオ電池の開発:印刷型電池
5.5未来のアプリケーション
5.6まとめ
第5章その他材料・技術
1ウェアラブルデバイスのための透明封止材
1.1はじめに
1.2当社の透明封止材のコンセプト
1.3透明封止材の評価方法と基準
1.4透明封止材の評価結果
1.4.1機械特性
1.4.2光学特性
1.4.3透湿性
1.4.4埋め込み特性
1.4.5曲げ試験
1.4.6伸び試験
1.4.7防水試験
1.4.8信頼性試験
1.5おわりに
2人体通信技術のウェアラブルデバイスへの活用
2.1はじめに
2.2ワイヤレスボディエリアネットワーク
2.3人体通信を利用したマルチメディア映像・音声信号の伝送
2.4人体通信技術の自動車システムへの適用
2.5まとめ
3セルロースナノファイバーを用いた折り畳み可能な透明導電膜とペーパー太陽電池
3.1背景と目的
3.2結果および考察
3.3結論
4ウェアラブル呼気センサのための半導体ナノ材料
4.1はじめに
4.2酸化モリブデンとナノ構造の基板成長
4.3ガスセンサ素子の作製とセンサ特性
4.4まとめ
第6章センサデバイス開発
1ウェアラブル生体センサ
1.1はじめに
1.2ウェアラブル生体センサの課題
1.3ウェアラブル生体センサの低消費電力化技術
1.3.1センサとアナログ回路
1.3.2メモリとロジック回路
1.3.3無線通信
1.4ウェアラブル生体センサシステムの開発事例
1.4.1心拍抽出アルゴリズムの開発
1.4.2不揮発マイコンの開発
1.4.3SoCの開発
1.5まとめ
2ウェアラブルなフレキシブル健康管理パッチ実現に向けて
2.1はじめに
2.2加速度センサ
2.3温度センサ
2.4紫外線センサ
2.5心電センサ
2.6センサ集積健康管理パッチ
2.7結言
3紡績性MWCNTを用いた衣類型ウェアラブルモーションセンサ
3.1はじめに
3.2薄型ストレッチャブル動ひずみセンサの概要
3.3製造プロセス、構造、動作原理
3.4センサの特性
3.4.1静的特性、動的特性
3.4.2繰り返し耐久性
3.5センサの動作原理
3.6伸縮配線技術
3.7応用提案と応用事例
3.7.1モーションセンシング
3.7.2衣類型ウェアラブルモーションセンサ
3.7.3動作認識
3.7.4呼吸計測
3.7.5ロコモーショントレーニング向けサポーター
3.7.6データグローブとその活用
3.8おわりに
4有機導電性繊維を用いたテキスタイルデバイス
4.1はじめに
4.2テキスタイルデバイス
4.3異方的機能を持つ配列ナノファイバー集合体
4.4導電性高分子の繊維化とデバイス化
4.5まとめ
5低温硬化形導電性接着剤「セメダインのSX-ECA」の開発とデバイス応用
5.1はじめに
5.2エレクトロニクスの現状
5.3設計コンセプト
5.4低温硬化・フレキシブル導電性接着剤の特長
5.5SX-ECAの応用例
5.5.1柔軟EMIシールド
5.5.2印刷による配線形成
5.5.3銀ナノワイヤハイブリッドによる高性能化
5.5.4柔軟接続構造設計
5.5.5高意匠性衣類
5.6おわりに
6伸縮性ひずみセンサ「C-STRETCH®」の開発
6.1はじめに
6.2C-STRETCH®の計測原理と基礎特性
6.3C-STRETCH®の特長
6.4応用の利用例
6.5おわりに



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