国立产业技术综合研究所［中钵良二会长］（以下简称“AIST”）柔性电子研究中心[研究中心主任 Toshihide Kamata] 先进功能表面处理团队 Kenichi Nomura，研究员，Hiroshi Ushijima，研究组组长兼中心副研究主任，智能系统研究部[研究部主任横井一仁]智能通信研究小组梶亮作首席研究员小岛一宏研究组组长是岛根县产业技术中心[吉野胜美主任]有机柔性电子技术开发项目组岩田史郎首席研究员今若直人项目经理下一代电力电子技术开发项目组Shinobu Otoge与项目经理合作，我们创建了一种非接触式电容薄膜接近传感器并将其安装在视线之外，开发出一种可以检测人们的动作和呼吸而不会给用户带来任何精神或身体压力的技术。
新开发的薄膜式接近传感器在薄膜的正面和背面具有不同尺寸的电极电容类型是使用 AIST 柔性电子研究中心开发的丝网胶印技术创建的，可以轻松地在传感器两侧创建电极结构。
有关这项技术的详细信息，请参见2016年1月22日出版的英国科学杂志（英国时间）科学报告在线发布，相关技术将在2016年1月27日至29日在Tokyo Big Sight（东京江东区）举办的Printable Electronics 2016上展出。
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| (a) 薄膜状接近传感器 (b) 应用于榻榻米床背 |
在进入快速老龄化社会的日本，护理已经成为一个重大的社会问题。另一方面，从创造新产业的机会角度来看，它也受到关注。一个典型的例子是利用大数据支持护理的“手表行业”。例如，通过将日常身体和生活方式信息积累为数字数据并进行分析和利用，可以预防跌倒等事故，在症状出现之前快速发现精神和身体疾病，从而降低医疗费用，甚至发现隐藏的护理需求。
开发传感技术来获取数据有多种方法。一种方法是使用接触传感器，例如可穿戴传感器，这些可能是非常有用的工具。然而，最终希望在不接触人的情况下获取数据，以避免给用户带来精神或身体负担。另一方面，当前的非接触传感技术包括使用红外线、无线电波和摄像头的方法。但出于隐私考虑，摄像头的安装位置受到限制，很可能出现盲点。另外，如果有障碍物，传感器就无法检测到，因此必须将传感器安装在人们可以看到的地方，这对人们的日常生活和心理健康造成了相当大的影响。此外，红外传感器和无线电波传感器需要“确定安装位置”和“调整光束辐射方向”等专门技能来提高检测精度，并且存在普通人或承包商安装困难等技术问题。
产业技术研究院一直致力于薄型、轻量、形状自由度高的新型柔性器件的研究开发。我们还推动了新印刷技术的开发，包括丝网胶印，作为以低成本大批量或大面积制造这些设备的方法。
其中，对非接触式监测传感器的理想要求包括传感器薄、轻，最好是柔性的，以便它们可以安装在任何位置，可以大量或大面积安装，并且可以低成本制造。这次，我们的目标是进一步减轻用户的精神负担，并使传感器通过简单地放置或粘贴在某处而易于使用，并开发了一种电容式薄膜型接近传感器，只需将其粘贴在墙壁、地板或床上即可轻松使用，也可以安装在背面，无需接触传感器即可检测人的动作和自然呼吸。
岛根县工业技术中心在制造电子设备所需的各种模拟技术方面拥有优势，在本次开发中，我们通过电场模拟设计并优化了接近传感器的结构，从而早期开发了“不会让您意识到传感器的存在”的非接触传感技术。
新开发的薄膜型接近传感器在薄膜的正面和背面安装了电极电容器其具有通过在电极之间施加交流电压而使用的结构。当正面和背面电极尺寸相同时发生电力线电力线往往被限制在电极之间，但如果电极尺寸不同，电力线就会泄漏到周围环境。当人在这种状态下接近传感器时，一些电力线会被引向人，从而导致电极之间的电容发生变化。这可以检测到有人的接近。当时，通过施加电力线未被普通地板材料、床垫等屏蔽的频率（这次使用200kHz）的交流电压，即使“隐藏在物体后面”，传感器也可以检测到正面的人的接近。其工作原理本身与智能手机和平板电脑中使用的电容式触摸面板几乎相同，但新开发的薄膜式传感器只需接近触摸面板即可操作，而无需触摸它。
为了通过印刷来创建双面电极的结构，可能的程序是首先在正面印刷导电油墨（电极的材料），然后加热以烘烤油墨，将纸张翻转过来，在背面印刷，然后烘烤背面的油墨。然而，这需要执行两次耗时的加热和烘烤（通常最多几分钟，取决于墨水的类型）。为了缩短制造过程的时间，希望能够在一次热处理中烧制两个电极。
为此，我们使用了产业技术研究院开发的丝网胶印方法（图1（a））。什么是丝网胶印？硅胶橡胶上设计的墨水图案丝网印刷这是一种将图案从硅橡胶转印到基材上的方法。为了制造电流传感器，我们首先在硅橡胶上丝网印刷导电油墨，该油墨将成为下电极（图1（b）），然后压制将成为传感器基材的薄膜（图1（c））。此外，在这种状态下，将上电极图案丝网印刷在前表面上（图1（d）），并将膜从硅橡胶上剥离。此时，背面的电极图案从硅橡胶转移到薄膜面（图1（e））。最后，将两面的墨水一次加热即可完成该过程（图1（f））。通过该方法，可以容易地在膜的两面形成电极图案。
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| 图1(a)丝网胶印概述，(b)-(f)电容膜接近传感器的电极制造方法 |
普通的接近传感器仅用于检测人的接近，但我们认为如果传感器能够选择性地捕捉静止人胸部的运动，它可能能够检测呼吸，所以我们进行了测试。即，将薄膜状的接近传感器粘贴在榻榻米床的背面，受试者如图2(a)所示躺在榻榻米床上，以吸气3秒、呼气3秒的循环进行呼吸。图2（b）显示了此时传感器信号（电容值）的变化。信号随着呼吸周期而变化，从而可以准确检测睡眠者的呼吸。
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| 图2（a）用作床传感器时的图像图，（b）人在床上周期性呼吸时传感器的电容值 |
下一步是建立能够根据从这些传感器收集的测量数据检测事故和疾病迹象的技术。作为起点，我们已经开始考虑与岛根大学医院的矶部武教授一起对相关技术进行示范测试。目前，传感器数据是使用大型测量设备（约 33 x 12 x 18 厘米）收集的。3），但考虑到测试过程中的安全性和实用性，我们正在考虑缩小系统规模并使其无线化。此外，我们的目标是通过结构优化等方法提高传感器的灵敏度来检测心跳和脉搏。排列我们希望开发能够三维检测人体运动的技术，并开发能够三维检测人体运动的先进设备。未来，我们将完善这些技术，为构建可在家操作的系统做出贡献，以支持越来越多的人在家提供护理和监护。