交換時期を知らせる低コストの「スマート」なオムツ

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(Low-cost “diaper can notify caregiver when it’s wet)

2020-02-13 マサチューセッツ工科大学(MIT)

Low-cost diaper wetness detection using novel metal-hydrogel RFID antenna design.

・ MIT が、RFID タグによるウェットセンサーを取り入れた「スマート」なオムツを開発。オムツの濡れを検出してスマートフォンやコンピューターに送信する。
・ 同スマートオムツは、オムツで一般的に使用されるハイドロゲルの高吸水性ポリマー(super absorbent polymer: SAP)層の下に RFID タグセンサーを配置したもの。通常では絶縁性の SAP は、水分を含むと膨張して特性を変化させ、1m 先の RFID リーダーからの電波に反応するのに充分な導電性を獲得する。
・ リーダーからの電波を受けると、微小な電流が発生して RFID センサーのチップが起動。同チップは一般的な RFID タグとして働き、情報(この場合はオムツが濡れていること)を符号化した電波をリーダーに送り返す。微量の銅をセンサーに添加することでセンサーの導電性が向上し、これにより約 1m 超のタグとリーダー間の通信距離を達成。
・ 本研究は、RFID タグの利用により、オムツの湿度センサーのアンテナとしての SAP の機能を初めて実証するもの。同センサーの製造コストは 2 セントを下回ると予測されるため、他のスマートオムツ技術の低コストで使い捨て可能な代替になると考える。
・ 長期的には、便秘や失禁等の健康上の問題の記録や特定に役立てる。同センサーは、一度に複数の新生児を養護する看護士にとって特に有用。また、病臥中や介護が必要な患者用のオムツにも適用が可能。
・ 現在市販のオムツの外側に印刷したウェットインジケーターの色が水分により変化するタイプのものでは、確認のための脱衣が必要。また、インターネットへのロングレンジの接続に必要な電池とワイレスセンサーをオムツに貼り付けた他社開発の技術では、センサーの取り外し・洗浄・新しいオムツでの再利用の手間がかかる。このようなセンサーの小売価格は約$40 と推定される。
・ RFID タグは、バーコードのように個別のステッカーとしてロール状に印刷できる。RFID タグ開発の最先端を行く同大学の AutoID Laboratory では、RFID タグを使用した現実の世界とインターネットの接続を目指している。
・ 同ラボは、MIT の Industrial Liason Program の一環において、南米を拠点とするオムツ製造業者の Softys との協力体制を構築し、低コスト・使い捨てのウェットセンサーへの RFID タグの転換を検討後、オムツ工場で実際の製造を調査し、製造プロセスに合理的に統合可能な RFID センサーを設計した。
・ 新生児用オムツの底部層にタグを配置し、実物サイズの新生児の人形数体に装着して同センサーの性能を試験。人間の体液と同等の導電性の塩水をオムツに注入し、各人形を RFID リーダーから様々な距離・方向に配置。その結果、オムツが完全に濡れた際に、センサーの起動と最大で 1m 先のリーダーとの通信を確認した。
・ 本研究は、MIT Industry Liason Proguram の下、Softys が一部支援した。
URL: http://news.mit.edu/2020/smart-diaper-rfid-notify-caregiver-0214

(関連情報)
IEEE Sensors Journal 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Low-Cost Diaper Wetness Detection Using Hydrogel-Based RFID Tags
URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8907869

<NEDO海外技術情報より>

Abstract:
There is an opportunity to utilize wearable, consumer-oriented sensors for self-health monitoring and preventative medicine. Disposable diaper with built-in lowcost, disposable moisture sensors is one such product. Diaper users include infants, elderly, disabled individuals, and hospital patients. Event-based alerting can enhance care of this population by improving incontinencemanagement, preventing rashes and infections, and avoiding embarrassment. Collected data can be used to optimize change intervals, thereby reducingwaste and expense. In this article,we realize a novel disposable sensor for moisture detection leveraging the material properties of the water absorbing polymer gel common to most diapers. We demonstrate a functional UHF RFID moisture monitor based on hydrogel sensing and propose a hybrid sensor design utilizing metal and hydrogel optimized for a specific diaper geometry. The proposed sensor design achieves a 1-meter read range, a bend radius of <; 20mm, is insensitive to sensor orientation relative to the reader, and is lower-cost than sensors with metallic antennas. We detail design considerations for integration with manufacturing processes and conclude by exploring possible future applications enabled by hydrogel sensing.

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