人体動作で着用型センサーに給電：エナジーハーベスティングのブレークスルー
心拍数、体温、血糖値、代謝副産物レベルを監視できる安価な着用型センサーの登場により、研究者たちはこれまでにない方法で人間の健康を監視できるようになりました。しかし、すべての電子デバイスと同様、これらの着用型センサーにも電源が必要です。電池は選択肢の一つですが、かさばり、重く、充電切れのリスクがあるため必ずしも理想的ではありません。
研究者たちは今、人が動き回る際に生成される運動エネルギーを収集することで、ワイヤレス着用型センサーに電力を供給する方法を開発しました。このエナジーハーベスティングは、人の皮膚に貼り付けられた薄い材料サンドイッチ（テフロン、銅、ポリイミド）で行われます。人が動くと、これらのシートが銅とポリイミドで作られたスライディング層と擦れ合い、少量の電気を生成します。この効果は摩擦帯電（トリボエレクトリシティ）として知られ、カーペットの床を歩いた後に金属ドアノブに触れて静電気ショックを受ける現象で最もよく説明されます。
トリボエレクトリックナノジェネレーターは、胴体に固定されたステーターと、腕の内側に取り付けられたスライダーで構成されます。スライダーが人体動作時にステーターに対して滑り、同時に電流が生成されます。ナノジェネレーターは市販のフレキシブルプリント基板で作られました。
ナノジェネレーターは大量の電気を生成しません。40ワットの電球を点灯させるには100平方メートルの表面積を持つデバイスが必要です。着用型センサーは低消費電力であり、システムは生成された電気をキャパシタに蓄え、センサーから読み取りを行いBluetoothで携帯電話にデータを無線送信するのに十分な電荷が溜まるまで待ちます。人がより多く動けば、センサーがデータを収集する頻度は高まります。でも人が比較的座りがちでも、センサーは最終的に動作に十分な電力を蓄積します。
センサー
- 柔軟汗パッチが複数健康マーカーをリアルタイム検出
- 自己加熱機能搭載ウェアラブルガスセンサーで高精度な健康・環境監視を実現
- 単一電源から複数ウェアラブルデバイスへのワイヤレス給電
- ウェアラブルセンサーを革新：静電気印刷による超高速・バインダーフリー製造
- スパークフリー光学水素センサー、水素車両の安全性を向上
- エナジーハーベスティングが1兆個の電池不要IoTセンサーを実現
- 環境電波エネルギー収集でウェアラブル健康デバイス駆動─ 伸縮可能レクテナシステム
- グラフェン基盤センサー、着用型医療機器向けに感度と柔軟性を大幅向上
- 生体模倣電子皮膚センサー、精密な動作追跡を実現
- 皮膚型センサーでALS患者が微小な表情で会話可能に
- 着用型ホログラムセンサー、ガス漏れを即座に視覚警告