MITが、濡れたことを瞬時に伝える低コストの「スマートオムツ」を開発

乳児はオムツが濡れると瞬時に泣きわめくこともありますが、濡れてもあまり不快感がなく泣かずに長時間立って経ってしまうこともあります。しかし、濡れたオムツの着用時間が長すぎるとお尻がかぶれて悲惨な状況を引き起こす可能性があります。

その問題を解消するのは、MITの研究者が開発した、オムツが濡れると介護者に警告する水分センサーが組み込まれた「スマートオムツ」です。

センサーはオムツの湿気を検出すると、近くの受信機に信号を送信し、受信機はスマートフォンまたはコンピューターに通知します。

センサーは、水分を吸収するためにオムツに通常使用されているヒドロゲルの一種である超吸収性ポリマーの層の下に配置される、パッシブ無線周波数識別(RFID)タグで構成されます。ヒドロゲルが濡れると膨張するとわずかに導電性になり、RFIDタグをトリガーして、最大１メートル先のRFIDリーダーに無線信号を送信します。

研究者たちは、この設計が、RFIDを使用したオムツの水分検知用の機能的アンテナ要素としてのヒドロゲルの最初の実証であると述べています。彼らは、センサーの製造コストが２セント未満であると見積もっており、他のスマートオムツ技術よりも低コストに抑えられるため、使い捨てで十分使用できる範囲だとしています。

使用開始から時間が経つにつれて、スマートオムツは、便秘や失禁の兆候など、特定の健康上の問題を記録して特定するのにも役立つようになります。この新しいセンサーは、新生児室で一度に複数の赤ちゃんをケアしなければならない看護師にとっては特に便利な機能です。

MITのAutoID Laboratoryの研究助手であるPankhuri Sen氏によると、センサーが大人のオムツにも利用できる可能性があると想定しています。

「オムツは、赤ちゃんだけでなく、高齢者や寝たきりの患者にも使用されています。特に多くの患者を抱える病院では、患者のオムツを変えなければならないタイミングを通知されると大変便利です。」

「これにより、加齢と乳児の両方の発疹と尿路感染症などの感染症を防ぐことができます。」と、MITの機械工学科の大学院生であるSai Nithin R. Kantareddy氏は付け加えています。

Sen氏、Kantareddy氏、およびMITのRahul Bhattacharryya氏とSanjay Sarma氏を含むチームは、ミシガン州立大学のJoshua Siegel氏とともに、2020年２月にIEEE Sensors誌に結果を発表しました。Sarma氏はMITのオープンラーニング担当副社長であり、Fred Fort FlowersおよびDaniel Fort Flowersの機械工学教授でもあります。

ステッカー式で使い捨て可能なタグ

多くの市販のオムツは、オムツの外側に印刷され、濡れると色が変わる帯状の濡れインジケータを組み込んでいます。

スマートオムツ技術を検討している企業は、インターネットへの長距離接続に電力を供給するかさばるバッテリーとともに、オムツの外側に取り付けるデバイスを備えた、ワイヤレスまたはBluetooth対応の濡れセンサーを検討しています。

これらのセンサーは再利用できるように設計されており、介護者は新しいオムツに取り付ける前にセンサーを取り外して洗う必要があります。スマートオムツ用に研究されている現在のセンサーは、40ドル以上で小売されているとSen氏は推定しています。

対照的に、RFIDタグは低コストで使い捨て可能であり、バーコードタグと同様に、個々のステッカーのロールに印刷できます。Sarma氏によって設立されたMITのAutoID Laboratoryは、RFIDタグ開発の最前線にあり、それらを使用して物理的なモノの世界をインターネットに接続することを目標としています。

典型的なRFIDタグには２つの要素があります。後方散乱無線周波数信号用のアンテナと、タグが貼られている特定の製品などタグの情報を保存するRFIDチップです。RFIDタグはバッテリーを必要としません。それらは、RFIDリーダーから放射される電波の形でエネルギーを受け取ります。RFIDタグがこのエネルギーを取得すると、アンテナがRFIDチップを起動し、RFIDチップが電波を調整し、電波内にエンコードされた情報とともに信号をリーダーに送り返します。これにより、たとえば、RFIDタグでラベル付けされた製品を識別および追跡できるのです。

Sarma氏のグループは、RFIDタグがワイヤレストラッカーとしてだけでなく、センサーとしても機能できるようにしました。ごく最近、MITのIndustrial Liason Programの一環として、チームは南米に拠点を置くオムツメーカーであるSoftysとのコラボレーションを開始し、RFIDタグをオムツの低価格の使い捨て湿り検出器として構成する方法を確認しました。研究者は、オムツ製造に関連する機械とアセンブリの感覚をつかむために会社の工場の１つを訪問した後、MITでオムツ製造プロセスに合理的に統合できるRFIDセンサーを設計しました。

濡れたら即、介護者に通信

彼らが思いついたデザインは、典型的なオムツの最下層に組み込むことができます。センサー自体は蝶ネクタイに似ており、その中央は蝶ネクタイの２つの三角形を接続する一般的なRFIDチップで構成されており、それぞれがヒドロゲル超吸収性ポリマーまたはSAPで作られています。

通常、SAPは絶縁材料であり、電流を伝導しません。しかし研究チームは、ヒドロゲルが濡れると、材料特性が変化しヒドロゲル自体が導電性になることを発見しました。導電率は非常に弱いですが、RFIDリーダーから放出される信号など、環境内の無線信号に反応するには十分です。この相互作用によりセンサーのチップをオンにする小さな電流が生成され、センサーのチップは通常のRFIDタグとして機能し、調整して無線信号をリーダーに送り返します。

彼らはまた、少量の銅をセンサーに追加することで、センサーの導電率を高め、タグがリーダーと通信できる範囲を１メートル以上伸ばすことができることを発見しました。

センサーの性能をテストするために、彼らは新生児サイズのオムツの最下層にタグを置き、各オムツを等身大の赤ちゃんの人形に着けました。彼らは、人形をRFIDリーダーからさまざまな距離に、さまざまな向きで、たとえば横になっている状態と直立している状態で配置しました。そして、新生児用のオムツに適合するように設計した特定のセンサーが、オムツが濡れたときに、最大１メートル離れた場所でリーダーと起動して通信できることを確認しました。

Sen氏は、インターネットに接続されたRFIDリーダーを赤ちゃんの部屋に置くことで、濡れたオムツを検出しすぐに介護者の電話またはコンピューターに通知できると考えています。スマートオムツから恩恵を受ける可能性のある高齢患者の場合、RFIDリーダーは小さいので、杖や車椅子などの補助装置に取り付けてタグの信号を拾うこともできるだろうと彼女は述べています。

（画像引用：http://news.mit.edu/2020/smart-diaper-rfid-notify-caregiver-0214）