阪大,土に還るサーマル土壌含水率センサを開発

大阪大学の研究グループは,紙,天然ワックス,錫など環境に配慮した材料のみで構成された土壌含水率センサの開発に成功した(ニュースリリース)。

これまで生分解性プラスチックなどを用いた環境に優しい電子材料に関する研究は数多く行なわれてきたが,性能や安定性に課題があり,分解性とセンサとしての必須機能(センシング・データ発信・設置位置情報発信)を両立することが困難だった。

今回研究グループは,単純化したセンサ本体と無線給電,サーマルカメラによる画像認識を組み合わせることで,センサ本体の分解性とセンシング,データ/位置情報発信の機能を両立することに成功した。

センサ本体は木材由来の微細繊維で作られた紙基板,錫配線,カーボンヒーター,天然ワックスコーティングで構成されており,紙基板及び天然ワックスは微生物によって分解される。残留する錫も,銅や銀と異なり,植害を引き起こしにくい材料として知られている。

センサは受信コイルを備えており,無線給電で電力が供給され,電力供給によりセンサに搭載されたヒーターが加熱される。センサを設置した土壌の含水率によって受信電力が変化する設計となっており,土壌含水率が変化すると,ヒーターの温度が変化する。

つまり,設置した土壌が乾いているほど,ヒーターが熱くなる。そのため,センサを設置した領域をサーマルカメラで撮影すれば,熱源位置からセンサの設置位置が,熱源温度から土壌含水率が推定できる。

センサを大量に地面に設置した場合でも,カメラで撮影するだけで土壌含水率の情報をマッピングすることが可能。例えば,土壌の水分が不足している部分をすぐに発見できる。

開発したセンサは,最終的には環境中で微生物によって大部分が分解され,残留する成分も環境に悪影響を与えにくいため,必ずしも回収の必要がなく,ばらまくように高密度に設置することが可能。

研究グループは,センサに肥料成分も配合しておけば,センシングもできる肥料のような,新たなタイプのセンサとしての応用も期待できるとしている。

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