慶應義塾大学理工学部物理情報工学科の門内靖明専任講師のグループは、国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT)の笠松章史上席研究員、渡邊一世主任研究員と共同で、テラヘルツ波をプローブとする小型・高分解能のレーダを開発し、それを用いて人の胸部表面に現れる心拍の動きを衣服越しに非接触計測できることを実証しました。
電波と光の中間の波長を持つテラヘルツ波をレーダとして応用すると、電波よりも分解能が高く、光よりも媒質透過性が高い計測が可能になります。しかし、レーダの重要な要素であるビーム走査に必要なフェーズシフタ、および送受信波分離に必要なサーキュレータをそれぞれテラヘルツ帯で実装するために適した低損失材料が未だなく、レーダの小型化は困難と考えられてきました。
今回、研究グループは、テラヘルツ波の導波路構造に工夫を取り入れ、中央給電構造による励振モードの対称性と、導波路内外の波動結合指向性の対称性とを組み合わせることで、フェーズシフタもサーキュレータも用いることなくビーム走査と検波とを同時に実現できることを示しました。そして、周波数掃引によって得られるデータを処理することで対象物の方向・距離・速度を算出する手法も併せて開発し、レーダとして機能することを実証しました。この成果により、近年車載応用をはじめ急速に普及が進んでいるミリ波レーダよりも大幅に小型で高分解能のレーダを実現する具体的な道筋が明らかになりました。
また研究グループは、開発されたレーダを用いて、人の胸部に生じる心拍の動きを衣服越しに非接触計測し、心電図と同期した詳細な動きを捉えられることも実証しました。これにより短時間で簡便に、衛生面やプライバシー上の懸念も和らげながらヘルスチェックを行える可能性が拓かれます。
本研究は、総務省戦略的情報通信研究開発推進事業SCOPE(165103002)、および戦略的創造研究推進事業さきがけ(JPMJPR18J9)の一環として行われ、その成果は2020年1月27日(英国時間)に英国科学誌Nature Electronicsに掲載されました。
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