音響センサ

こんな方におすすめ

健康状態をモニタリングできる機器を開発したい企業様
オンライン診療では対面診療で得られる聴診の情報を取得することが難しいとお感じの企業様、医療関係者様

ムラタの音響センサの特徴は「薄型」で「低ノイズ」

今回開発した音響センサは、検知対象に接触して10～2000Hzの低周波音を取得する「接触方式」のセンサモジュールです。ムラタの独自技術で低背・薄型化と高感度・高S/N比を両立し、高精度なウェアラブルセンサを実現しました。

10円玉より一回り小さいサイズのセンサモジュールの画像 — 10円玉より一回り小さいサイズのセンサモジュール

薄さ約2mmの「低背・硬貨サイズ」でありながら低ノイズ

一般的にはセンサの薄型化と高感度化の両立は困難といわれます。
しかし、ムラタが長年培ってきた圧電素子の使いこなしに対する知見とノウハウを活用し、感度良くセンシングする薄型の音響センサを実現しました。
10円玉よりひと回り小さく約2mmの薄さで、高感度、高S/N比を達成しています。

「高感度」の接触方式だからモニタリングに向いている

ムラタの音響センサは「接触方式」です。一般的な音響センサに使われるコンデンサマイクやMEMSマイクなど、表面の振動を空気振動に変換して測定する「空気変換方式」のデバイスと異なり空気層を介さないため、直接かつ正確なセンシングが期待できます。また、これまで実現が難しかった人がセンサを押しあてない、貼り付けた状態でのセンシングも可能です。
生体音のモニタリング用途に、特にこのデバイスの適性があると考えられます。「空気変換方式」よりも薄くて小さいセンサだからこそ、ユーザーが違和感なく長時間デバイスを身につけることができ、従来よりも長時間、連続的に精度の高いデータを取得しやすくなりました。

接触方式と空気変換方式の違いイメージ

2kHz以下の低周波音に強い音響センサ

私たちの音響センサが特に得意とする周波数帯域は2kHz以下、「10～2000Hz」です。この帯域には、心音、心雑音、呼吸音（肺胞呼吸音、気管 / 気管支呼吸音）、副雑音（いびき音、水疱音、捻髪音、笛音）、腸音（蠕動音）などの生体音が多く分布しています。またこの周波数帯域には生体音に限らず、モーター、ポンプ、コンプレッサーなどの機械振動も分布しています。様々な分野で、これら低周波音の連続モニタリングに活用できると考えます。

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将来の医療現場を見据えて

高齢化の加速や、感染症の発生や医師不足による医療機関の逼迫に備えて、遠隔でユーザーの健康状態をモニタリングしたり、在宅で生体音を常時モニタリングすることで、疾患の早期発見による重症化リスクの低減が求められています。

ユーザーの健康管理ができる生体音モニタリングへの貢献

そこで、ユーザーの健康状態を把握できる生体音モニタリングシステムの構築に貢献できるよう、ムラタは今回の音響センサの開発に乗り出しました。ウェアラブルデバイスに搭載できる低背・薄型の音響センサは、心音や呼吸音などの患者さんの生体音を連続してクリアに拾うため、健康状態をリアルタイムに把握します。

生体音や機械音解析のインフラとなることを目指して

現在はパンデミックも落ち着いてきましたが、将来の感染症流行や不測の事態への備えとして、または遠隔医療インフラの一部として活用いただけることを目指しています。さらに、医療分野に限らず、機械・設備の保守・保全やインフラの点検、製造業における品質管理、工場の自動化など、産業分野での活用もできるのではないかと考えています。

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開発者の声

村田製作所

技術・事業開発本部事業インキュベーションセンター新商品事業化推進部7課

渡辺　博文（わたなべ　ひろふみ）

技術・事業開発本部事業インキュベーションセンター新商品事業化推進部7課

小松　浩之(こまつ　ひろゆき)

音響センサの開発に携わった技術者（小松、渡辺）に、開発のポイントや利用分野、そしてパートナー企業様との共創について話を聞きました。

薄型化、ノイズ軽減を実現する過程で苦労したことはありますか？

センサを薄くすればするほど感度は低下するため、必要としている2kHz以下の生体信号は取得しにくくなります。また、生体信号は極めて微小であるため、ノイズの影響を受けやすいという課題もありました。私たちはこうした課題を、フィルタ回路設定の採用や、長年蓄積されてきた圧電素子利用のノウハウ活用などによって解決しています。

この技術ソリューションは今後どのような利用が期待できますか？

私たちの音響センサを利用したウェアラブル型生体音取得デバイスは、これまで取得難度が高いとされていた生体音データの経時的変化を確認できます。そうしたデータを活かして、疾病や健康リスクの変化を早期発見するためのシステム開発につなげたいと考えています。また、ヘルスケア以外の分野での活用を模索しています。

企業と企業、技術と技術が出会うことにどのような期待感を持っていますか？

企業と企業が出会うことは「それぞれの視点、視座だからこそ見えている社会課題」を共有できるというメリットが大きいのではないでしょうか。新たな社会課題が見えることで、多くのアイデアも生まれます。私たちも手探りで進めている部分が多いのですが、飽くなき技術への探究心が偶発的な出会いを引きよせるのではないかと考え、技術開発に邁進しています。いずれにしても、出会いを通じて新たな社会課題の解決をともに目指していきたいと考えています。