野村健一（研究员）和牛岛博文（组长、研究中心副主任）、先进表面处理团队、柔性电子研究中心（FLEC；主任：蒲田俊秀）、梶良作（高级研究员）和小岛一宏（组长）、智能系统研究所智能通信研究组（主任：米乐m6官方网站（AIST；院长：Ryoji Chubachi）与 Shiro Iwata（高级研究员）和 Naoto Imawaka（项目经理）、有机柔性电子项目和 Shinobu Otao（项目经理），岛根工业技术研究所下一代电力电子项目（主任：Katsumi Yoshino）。

开发的薄膜型接近传感器是一种电容式传感器，在薄膜的正面和反面具有不同尺寸的电极。它采用基于双面印刷的制造技术生产，可使用 FLEC 开发的丝网胶印技术轻松在传感器的两侧创建电极结构。

该技术的详细信息发表在英国科学杂志的在线版上，科学报告，2016 年 1 月 22 日（英国时间），相关技术将在 2016 年 1 月 27 日至 29 日在东京国际展示场（东京江东区）举行的 Printable Electronics 2016 上展出。

(a) 薄膜型接近传感器 (b) 应用于榻榻米床底面的传感器

随着日本社会迅速老龄化，护理已成为一个主要问题。另一方面，它也作为开创新产业的契机而受到关注。一个典型的例子就是所谓的“个人监控产业”，它会利用大数据来支持护理。例如，日常健康和生活方式信息可以存储为数字数据，然后进行分析和使用，帮助防止跌倒和其他事故，并在症状出现之前感知精神和身体问题。这可能有助于降低医疗费用。分析的数据还可以揭示未知的护理需求。

开发获取数据的传感技术有多种方法。人们使用接触式传感器，例如可穿戴传感器，这可能是非常方便的工具。然而，最终希望在不与用户发生身体接触的情况下获取数据，从而不会给用户带来身体或精神上的压力。目前可用的非接触式传感技术使用红外光、无线电波或摄像头。工具往往有盲点。由于传感器无法检测到其他物体挡道的情况，因此必须将它们放置在人们可以看到的地方。这里的问题是传感器的可见度会影响人的生活方式和精神状态。红外和无线电波传感器需要专业知识来确定它们的放置位置以及如何调整光束方向以提高检测精度。这些传感器的技术问题是安装本身对于普通人或企业来说很困难。

AIST 一直在研究和开发柔性设备作为一种新型设备，其薄、轻且易于制成各种形状。它还一直在开发新的印刷技术，包括丝网胶印技术，以低成本大批量或大尺寸生产这些设备。

非接触式监控传感器的一些理想特性是它们足够薄、足够轻，并且如果可能的话足够灵活以放置在任何地方，它们可以大量或尺寸安装，并且制造成本低廉。目前开发的其他理想特性包括减少用户在任何地方的精神压力，以及通过简单地将传感器放置或连接到表面来使用传感器的能力。 AIST 开发了一种薄膜型电容式接近传感器，只需将其固定在墙壁、地板或床上即可轻松使用，可以通过将其放置在这些表面的背面来放置在视线之外，并且可以用于以让用户自然行动的方式检测人的动作和呼吸。

岛根工业技术研究所拥有制造电子设备所需的各种模拟技术的专业知识。对于目前的开发，该研究所进行了电场仿真来设计和优化接近传感器的结构。结果是非接触式传感技术的早期发展，“甚至不会让人们意识到传感器的存在。”

开发的薄膜型接近传感器具有电容器结构，薄膜的正面和反面都有电极。使用时，在电极之间施加交流电压。如果正面和背面的电极尺寸相同，则产生的电力线往往被限制在电极之间，但如果尺寸不同，则电力线泄漏到周围区域。当人在这种情况下靠近传感器时，一些电力线会朝着人的方向定向，从而导致电极之间的电容发生变化。这就是检测人的接近度的方式。当施加普通地板、床垫等无法阻挡电力线的频率的交流电压（开发的传感器中使用200kHz）时，即使传感器隐藏在物体后面，传感器也可以检测到物体正面的人的接近程度。此外，虽然工作原理与智能手机、平板电脑等中使用的电容式触摸屏传感器相同，但所开发的薄膜式传感器不需要触摸；物体只需靠近传感器即可被检测到。

通过印刷制造双面电极结构的一种可能的程序是首先用导电油墨（形成电极的材料）印刷正面，然后加热以烘烤油墨。之后，将纸张翻转，以便可以打印反面，然后烘烤背面的墨水。然而，这种方法需要执行两次耗时的烘烤过程。 （时间会根据墨水类型而有所不同，但大多数情况下至少需要几分钟。）如果两个电极可以通过一次加热过程进行烘烤，以缩短生产时间，那就更好了。

为此，在开发的技术中使用了AIST开发的丝网胶印技术（图1（a））。在丝网胶印中，将所需的油墨图案丝网印刷在硅橡胶橡皮布上，然后将图案从硅橡胶橡皮布转移到承印物上。为了制造所开发的传感器，首先将成为下电极的导电墨水图案丝网印刷到硅橡胶毯上（图1（b）），然后将成为传感器基板的薄膜放置在橡胶毯上（图1（c））。接下来，将上电极图案丝网印刷在薄膜的正面（图1（d）），并将薄膜从硅橡胶毯上剥离。此时，反面的电极图案从硅橡胶毯转移到薄膜上（图1（e））。最后将两面的油墨图案加热一次，烘烤完成传感器（图1（f））。通过这种技术，可以很容易地在薄膜的两面形成电极图案。

图 1 (a) 丝网胶印概述； (b)～(f)薄膜型电容式接近传感器的电极的制造方法

普通接近传感器的唯一目的是检测人们的接近。然而，研究人员认为，如果传感器能够选择性地检测静止者胸部的运动，就有可能检测到呼吸，因此进行了测试。薄膜型接近传感器被放置在榻榻米床的下面。受试者如图2（a）所示躺在床上，以三秒吸气和三秒呼气的循环进行呼吸。图 2 (b) 显示了本实验期间传感器信号（电容）的变化。信号随呼吸周期同步变化，表明传感器能够准确检测斜躺者的呼吸。

图2(a)使用开发的传感器作为床传感器的图像 (b) 当床上的受试者有节奏呼吸时传感器的电容

下一步将是建立一种技术，根据这些传感器获取的测量数据来检测事故和疾病的早期迹象。作为一个起点，研究人员已开始考虑与岛根大学医院的 Takeshi Isobe（教授）合作对相关技术进行验证测试。目前，数据是通过物理连接到大型测量设备（约 33 × 12 × 18 cm³），但为了测试期间的安全性和实用性，他们正在研究如何使系统更小并实现无线化。研究人员还旨在使传感器更加灵敏，以便它们可以检测心率和脉搏，例如通过优化传感器结构。他们还希望开发一种技术，将目前的单元件传感器转换为二维阵列，并开发出能够检测人体三维运动的先进设备。这些技术未来将进一步完善，帮助构建可在家中运行的系统，满足日益增长的家庭护理和监测需求。