獣医の磁気を取り込み自己発電するセンサーを開発
 マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究チームたちが、電池もコンセントもいらない画期的な自己発電センサーを開発した。それは周囲の磁場からエネルギーを取り込み、長期にわたってデータを収集する。

 たとえば、電源の確保がむずかしい船内で、モーターの配線にこのセンサーを取り付けておく。するとそこで発生する磁場で発電して作動し、温度などをモニタリングする。そのデータを見れば、モーターの健康状態をいつでもチェックできるというわけだ。

 今回開発されたのは、セルフ発電の温度センサーだ。だが、そのシステムはさまざまなものに応用可能で、磁場だけでなく、振動や太陽光のような他の動力源でも使えるという。

バッテリーがいらない自己発電センサー

 バッテリーがいらない自己発電センサーは、たとえば船などで重宝されるだろう。

 船内にはコンセントがほとんどなく、そこに接続する機器も厳しく制限されている。だからオフィスや家のように、気軽に電源を確保なんてことはできない。

 そうした環境であってもメンテナンスは重要だ。だから理想を言えば、モーターの振動を常にモニタリングし、ベアリングなどの状態を把握しておきたいところだ。

 しかし、そのためのセンサーの電源をどうするのかが問題となる。

 センサーを取り付けるなら、そのための電気インフラを設ける必要があり、多額のお金が必要になる。だが限られた予算の中ではそれも難しい。

 そこで電源要らずのセルフ発電センサーの出番となる。これをモーターの配線に取り付けておけば、そこで発生する磁場を利用して発電し、勝手に必要なデータを収集してくれる。バッテリーレスなので、充電や電池を交換する手間もない。
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マサチューセッツ工科大学(MIT)が開発したバッテリーがいらない自己発電するセンサー / image credit:MIT News

周囲の磁場を利用して発電

 今回MITの研究チームが開発したのは、磁場から発電して動作する電池フリー・コンセントフリーの温度センサーだ。だが、本当に重要なのは、それを実現した「電力管理回路システム」だ。

 それを開発するため、研究チームは3つの課題をクリアしなければならなかった。

 まず、”コールドスタート”が可能なシステムであること。つまり初期電圧がなくてもシステムを起動できる必要があった。

 この課題は、集積回路とトランジスタのネットワークに工夫を凝らし、起動に十分な電気をたくわえさせることで克服された。

 2つ目の課題は、バッテリーなしでも、効率的に電気をためて、それを利用できるようにすることだ。

 バッテリーを利用してしまうと、システムが複雑になり、交換などの手間もかかるうえに、火災の危険もある。

 そこで自己発電システムでは、電気をためる装置としてコンデンサーが採用された。

 コンデンサーはバッテリーよりもシンプルで、導電板の間の電界に電気を蓄える。さまざまな素材から作れ、動作条件やスペースなどに合わせて調整しやすいのも魅力だ。

 最後の課題が、システム内の電気をどう制御するのかという問題だ。システムをきちんと機能させるには、電気の使用状況を常にチェックし、それに合わせて上手に配分してやらなければならない。

 そのために研究チームは制御アルゴリズムを開発し、システムの頭脳であるマイクロコントローラーに電気量のチェックや、センサーのオンオフなどを行わせることにした。
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photo by iStock

エネルギー消費の少ないデータ送信手段法を模索

 こうして設計された電力管理回路システムと市販の温度センサーを組み合わせたのが、今回のセルフ発電センサーだ。

 このセンサーは磁場からエネルギーを吸い取り、その電気で温度をモニターし、Bluetooth経由でスマホにデータを送信する。

 研究チームが試しに使ってみたところ、重要な課題も見つかったという。それは使用できる電気に制限があることだ。あまりに大きな電気を取り込もうとすると、爆発する危険があるのだ。

 ちなみにこのセンサーで一番電気を食うのは、データ通信だったという。そこで今後は、光や音を使うなど、よりエネルギー消費の少ないデータの送信手段が模索されている。

 この研究は『IEEE Sensors Journal』(2023年12月4日付)に掲載された。

References:Self-powered sensor automatically harvests magnetic energy | MIT News | Massachusetts Institute of Technology / written by hiroching / edited by / parumo
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2024年01月26日 20:27
  • ID:71TSDY.e0 #

日本が誇るかの有名な樹海に設置や

2

2. 匿名処理班

  • 2024年01月26日 20:39
  • ID:.l.83tyH0 #

周りの機器から発する磁気変化を捉えて発電すると言うことは、その元となる機器における通電抵抗にも繋がり、消費電量を増大させることにもなる。ある意味盗電と同じ事になるのだが、それはどう考えていくのだろうなあ?

3

3. 匿名処理班

  • 2024年01月26日 21:03
  • ID:mNVcGYXK0 #

マサチューって夢の技術を発表しまくってるけど
素人が手にできるレベルの商品化までこぎ付けた
比率ってどんなもんなんだろ。夢の電池の発明を
100万回は発表したはずだけど、その後音沙汰なしで
全個体電池を実現できそうなのはトヨタでした
とか毎回そんなかんじよな。

4

4. 匿名処理班

  • 2024年01月26日 21:21
  • ID:UGYrssKH0 #

自ら歩き回り発電する機能の自己発電だとちょっと見てみたい
気がするがやっぱ無理だ

5

5.

  • 2024年01月26日 21:34
  • ID:RrcYAEnt0 #
6

6.

  • 2024年01月26日 21:36
  • ID:Xal5CZrr0 #
7

7. 匿名処理班

  • 2024年01月26日 23:36
  • ID:hApueAdg0 #

爆発しちゃうのは困るね
音声通信に戻るのか
いやモールスまで戻るよりはずっとマシだわな

8

8. 匿名処理班

  • 2024年01月27日 00:10
  • ID:vtZImNEN0 #

そもそも、地球自体に強力な地場があるからね
誰かがこれで発電システムを考えてくれないかなと思ってたら
流石のMIT

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9. 匿名処理班

  • 2024年01月27日 00:54
  • ID:rMsZd7C60 #

この容量のコンデンサで電力を安定した状態で出力してモニタリングしてデータを送信する?
もちろん過電流の対策も必要?
高価になっちゃ意味ないから既存の技術の組み合わせを目指しているんだろうけど、これはかなり難しいぞ。

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10. 匿名処理班

  • 2024年01月27日 05:15
  • ID:juyPtTE70 #

すっげ

11

11. 匿名処理班

  • 2024年01月27日 07:50
  • ID:uNxLgHKD0 #

>>2
盗電と考えるのは無理。
捨ててしまっているものの有効利用、と考えるべき。
例えば、隣の家の料理の匂いで、飯を食う、というレベル。
現在は、実用的な距離・電力の無線給電の理論すらない状態。

12

12. 匿名処理班

  • 2024年01月27日 08:02
  • ID:X1MTb0Iz0 #

新しい地場産業

13

13. 匿名処理班

  • 2024年01月27日 08:28
  • ID:.bWGq.bA0 #

>>3
理屈では正しいが
実用性に乏しい話が大半じゃないかと思うよな

14

14. 匿名処理班

  • 2024年01月27日 14:18
  • ID:gq5GsOm90 #

DrSTONEの通信機みたいなもの?

15

15. 匿名処理班

  • 2024年01月27日 16:53
  • ID:GplLXIRl0 #

周囲の磁場を利用して発電できるのなら
永久機関を作ったということか?

16

16. 匿名処理班

  • 2024年01月27日 20:58
  • ID:dl7ucpi90 #

>>15
永久機関とはエネルギー収支が±0でなければならない

17

17. 匿名処理班

  • 2024年01月28日 08:35
  • ID:eXo2JwWZ0 #

爆発て

18

18. 匿名処理班

  • 2024年01月28日 13:24
  • ID:RZMvLVEh0 #

記事には、発電量が書いてないけどpWとかそんな量なんだろうか

19

19. 匿名処理班

  • 2024年01月28日 14:53
  • ID:RZMvLVEh0 #

>>14
空想と現実世界の区別くらいつけようぜ

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20. 匿名処理班

  • 2024年01月28日 15:03
  • ID:RZMvLVEh0 #

>>3
あー、大学や大学院は商品開発をするところじゃないから、そういうのはお門違いだよ。

銀行に自動車を年間何台生産してるんだ、全然作ってないじゃないかと言ってるようなものだよ。

そういう商品開発は、大学の外にある企業がするんだよ。
うえの例で言えば、銀行の会計システムを流用して自動車生産工場が生産物流を改善して生産台数を伸ばすとかいう感じかな。

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