Vol.3 No.3 2010

58/84

研究論文:安全・安心のためのアニマルウォッチセンサーの開発(伊藤ほか)−234−Synthesiology Vol.3 No.3(2010)データそのものの他に、クロック同期用序文やフレーム同期用通信定型文などのオーバーヘッド部や、ID(端末の個体識別符号)などが含まれているが、本研究では、新たな同時多チャンネル受信方式を採用することにより、オーバーヘッド部分を不要にするとともに、送信周波数やボーレート(変調速度)をIDとして利用して短電文化を図っている[4]。さらに受信間隔から活動量を算出するようにすれば[5]、理論的には、体温データとパリティビット(最も単純な1ビットの誤り検出符号)だけで構成される従来の1/3以下の最短電文を構成することが可能となる。以上述べたように、養鶏場用の鶏健康モニタリングシステムを実現するためには、技術的には無線センサー端末の低消費電力化が最も重要であり、そのためには鶏の行動・病変を実験的に把握することによる適切なイベントとその閾値の設定、さらにはそれに合わせたデバイス・端末システムの開発を行う必要がある。表3はシステム実現に必要な主な要素技術をまとめたものである。本研究では、図3に示すような開発プロセスに沿って、無線センサー端末による感染動物実験・解析と、それらで得られたデータに基づくイベントドリブン方式に適した低消費電力MEMSセンサーおよび他の要素デバイス開発を行うとともに、プロトタイプ端末の試作と、それをベースに実験鶏舎用のモニタリングシステムを構築して、鶏舎応用における課題抽出を行ってきた。今後は開発を行ってきた要素デバイスを組み込んだ実用型端末の開発とそれを用いたモニタリングシステムの構築を行って、実験鶏舎におけるデモンストレーションへと進める予定である。3 端末の超低消費電力化戦略小型(翼帯サイズ)・軽量(1 g程度)・フレキシブル・メンテナンスフリー(寿命2年間)な無線センサー端末を実現するために、本研究では、MEMSスイッチを利用したデジタルセンサーを新たに考案した[6][7]。このデジタルMEMSセンサーはスイッチ型センサーのアレイで構成され、AD変換回路無しに直接デジタル信号を出力できるセンサーであり、スイッチ型であるためスリープ(時計停止)モードにある無線センサー端末の起動トリガーとしても利用できる。センサーを構成する個々のスイッチはMEMS技術を用いた微小機械スイッチであり、スイッチそのもののON/OFFには電力を要しないのが特徴である。以下、本研究で開発を進めているデジタルバイメタル温度センサーとデジタル圧電加速度センサーを例に具体的に説明する。図4にデジタルバイメタル温度センサー[7]の模式図を示す。原理的にはとても単純であり、所定の温度以上で対向電極と接触するバイメタルカンチレバーのアレイで構成される。鶏の平熱は41 ℃程度なので、後出図7の横浜株に感染した場合のように、42.5 ℃以上に上昇すれば何らかの健康異常を来して発熱していると考えることができる。そこで、例えば42.5 ℃以上で接点がONとなるようなバイメタルカンチレバーを用意しておき、体温上昇によって接点がONとなった時に、端末がスリープ状態から目覚めて接点がONになったことのみをセンシング情報として含む電文を送信するというのがイベントドリブンという考え方の基本である。タイマーを使った間欠動作モードの場合は、体温上昇というイベントの発生とは関係なく、検出タイミングは設定間隔で決定されるが、イベントドリブン型端末においては、体温の値の代わりに体温上昇時点を検知できるのが特徴である。イベントドリブンは、イベント時の1回送信というだけでなく、端末をスリープ状態から緊急タイムドリブン測定モードに変化させるというように使うこともできるし、またイベントに関しても個体差を考慮するとともに、粗い体温変化などがわかるように、各設定温度値に対応した複数のバイメタルカンチレバーを用意することもできる。例えばON温度が0.5 ℃といった一定間隔刻みになるように プロトタイプ端末・無線ネットワークシステム開発実験農場(鶏舎)実験(県畜産センター)実用端末・システム試作実験農場デモンストレーション動物実験用端末開発動物(感染)実験(動物衛生研究所)専用デバイス(MEMSセンサー・専用RF-IC)開発適切なイベント選定・閾値の設定実用上の課題抽出MEMS分野情報分野ライフ分野表3 鶏健康モニタリングシステムの主な要素技術図3 開発プロセスの全体像(シナリオの概要)鶏舎モニタリングシステムダイレクトコンバージョン(直接変換)方式受信システムフレキシブル端末実装技術小型アンテナ(315 MHz)カスタムRF-IC(イベントドリブン方式)デジタル圧電加速度(活動量)センサーデジタルバイメタル温度センサーULP無線センサー端末

※このページを正しく表示するにはFlashPlayer9以上が必要です