2022-01-20 ｱﾒﾘｶ合衆国・ﾊｰﾊﾞｰﾄﾞ大学
・ ハーバード大学が、ソフトでストレッチャブルな自己給電型温度センサーを開発。
・ 次世代のソフトロボティクス、スマート衣料や生体適合性の医療デバイスでは、デバイスやその着用者の動きに合わせて伸縮するソフトなセンサーが必要となるが、従来センシングの多くが硬い部品を使用している。
・ 高感度、応答時間が早く、柔軟にカスタマイズ可能なプラットフォームにより、あらゆるモノ・ヒトのインターネット(IoE)の新展開や向上を始め、ヘルスケア、エンジニアリングやエンターテイメント分野での新しいヒューマンマシンインターフェイス(HMI)やソフトロボット実現の可能性を開く。
・ 電解質、電極とそれらを隔てる誘電材料から構成され、電解質/誘電材料のインターフェイスでイオンを、誘電体/電極で電子をそれぞれ蓄積する。
・ これら 2 ヶ所のインターフェイスの電荷不均衡により、電解質にイオン雲が発生し、温度の変化に伴うイオン雲の厚みの変化で電圧が起こる。電圧は温度に高感度で反応し、伸縮による影響を受けない。
・ シンプルな設計のため、アプリケーション毎に最適化した多様なカスタマイズが可能。電解質、誘電材料と電極の配置を変えた 4 種類の温度センサーを設計した。新温度センサーを搭載したソフトグリッパーによる、熱い固ゆで卵の温度測定試験を実施した。
・ 従来の熱電温度計を超える高感度に加え、変化に対する約 10 ミリ秒以内の応答時間を確認。小型で安定し、透明にすることも可能。使用する材料によって最高 200℃、最低－100℃までの温度が測定できる。
・ 本研究は、Harvard University Materials Research Science and Engineering Center を通じ、米国立
科学財団(NSF)が一部支援した。
URL: https://www.seas.harvard.edu/news/2022/01/soft-stretchable-thermometer
＜NEDO海外技術情報より＞
（関連情報)
米国科学アカデミー紀要(PNAS)掲載論文（アブストラクトのみ：全文は有料）
Temperature sensing using junctions between mobile ions and mobile electrons
URL: https://www.pnas.org/content/119/4/e2117962119
Abstract
Sensing technology is under intense development to enable the Internet of everything and everyone in new and useful ways. Here we demonstrate a method of stretchable and self-powered temperature sensing. The basic sensing element consists of three layers: an electrolyte, a dielectric, and an electrode. The electrolyte/dielectric interface accumulates ions, and the dielectric/electrode interface accumulates electrons (in either excess or deficiency). The ions and electrons at the two interfaces are usually not charge-neutral, and this charge imbalance sets up an ionic cloud in the electrolyte. The design functions as a charged temperature-sensitive capacitor. When temperature changes, the ionic cloud changes thickness, and the electrode changes open-circuit voltage. We demonstrate high sensitivity (∼1 mV/K) and fast response (∼10 ms). Such temperature sensors can be made small, stable, and transparent. Depending on the arrangement of the electrolyte, dielectric, and electrode, we develop four designs for the temperature sensor. In addition, the temperature sensor has good linearity in the range of tens of Kelvin. We further show that the temperature sensors can be integrated into stretchable electronics and soft robots.
