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ウエアラブルデバイス駆動に電波からエネルギーを収集

Fig 1A Deformed sensor

April, 8, 2021, Boston--電子レンジからWi-Fi接続まで、環境に充満する電波は、単に消費されるエネルギー信号であるばかりか、エネルギー源そのものである。
 ペンステートエンジニアリングサイエンス・メカニクス学部Dorothy Quiggle Career Development教授、Huanyu “Larry” Chengをリーダーとする国際研究チームは、ウエアラブルデバイスにエネルギーを供給するために電波からエネルギーを収集する方法を開発した。研究成果は、Materials Today Physicsに発表された。

Chengによると、ウエアラブル健康モニタリングデバイスのための現在のエネルギー源は、センサデバイスに電力を供給する場合、それなりにふさわしい状況があるが、それぞれ問題がある。例えば、ソーラパワーは、太陽が出ている時にのみエネルギーを収集できる。自己発電摩擦電気デバイスは、身体が動いている時にエネルギーを収集できるだけである。

「われわれは、これら現在の電源のいずれをも置き換えるつもりはなしsい。追加で、一貫したエネルキーを供給しようとしている」(Cheng)。

研究チームは、伸縮性のあるワイドバンドダイポールアンテナシステムを開発した。これは、健康モニタリングセンサから収集したデータをワイヤレス送信できる。システムは、金属被覆した導電性グラフェン材料に集積した2つの伸縮性のある金属アンテナで構成されている。システムのワイドバンド設計により、引き伸ばしても、曲げても、捻ってもその周波数関数は維持される。このシステムは、さらに伸縮性のある整流回路に接続され、整流アンテナ”rectenna”(レクテナ)となり、電磁波からのエネルギーを電気に変換できる。この電気は、ワイヤレスデバイスの電力に、またバッテリやスーパーキャパシタなどのエネルギー蓄積デバイスの充電に使える。

このレクテナは、周囲環境からの電波、電磁波をエネルギーに変換してデバイスのセンシングモジュールに電力を供給する。デバイスは、温度、水和、血中酸素レベルをトラッキングする。Chengによると、他の電源と比べて、生成されるエネルギーは少ないが、そのシステムは継続的に電力を生成できるので優位性は大きい。

「われわれは、すでに周囲に存在するエネルギーを利用している。電波は、いつでも至る所にある。周囲環境にあるこのエネルギーを利用しないなら、それは単に無駄になるだけだ。われわれは、このエネルギーを収集し、電力に整流することができる」(Cheng)。

同氏によると、次のステップは、この回路の微小化バージョンを研究し、整流器の伸縮可能性開発への取組である。

(詳細は、https://news.psu.edu)