KRISS、環境発電を強化するために微振動を捕捉および増幅するメタマテリアルを開発

韓国標準科学研究所、韓国、大田

KRISSが開発したメタマテリアル。 (画像：韓国標準科学研究院)

韓国標準科学研究院 (KRISS) は、小さな領域で微振動を捕らえて増幅するメタマテリアルを開発しました。このイノベーションにより、無駄な振動エネルギーを電気に変換するエナジーハーベスティングの出力が向上し、実用化が加速されることが期待されています。

エナジーハーベスティングとは、熱、光、振動などの無駄なエネルギーを電気エネルギーに変換する技術のことです。太陽光をエネルギー源とする太陽光発電が一般的ですが、出力が安定しない、気象条件によっては発電できないなどの限界があります。

これに対し、ユビキタスな振動をエネルギー源として利用することで、周囲の環境の制約を受けずに安定した発電が可能となります。このため、振動エネルギーハーベスティングは、年中無休の常時電源を必要とするモノのインターネット (IoT) センサーや、血圧と血糖値をリアルタイムで測定する必要があるウェアラブル医療機器の将来の電源として注目され続けています。

振動エネルギーハーベスティングを妨げる主な問題は、出力が低く、生産コストが高いため、実用化の候補としては不十分であることです。生成される電力の量は収集される振動の大きさに比例しますが、私たちが日常生活で遭遇するほとんどの振動は小さなものです。

この重大な問題を解決するには、比較的大きな振動にさらされる複数の場所に圧電素子などの多数の変換デバイスを設置する必要があります。

KRISS が開発したメタマテリアルは、微振動を内部に閉じ込めて蓄積し、45 倍以上に増幅します。これにより、使用する圧電素子の数が少ないにもかかわらず、大規模な電力を生成することが可能になります。研究チームは、開発したメタマテリアルを使った振動ハーベスティングを適用することで、従来の技術に比べて単位面積当たり4倍以上の電力を生成することに成功しました。

特に、新開発のメタマテリアルは、大人の手のひらほどの薄くて平らな構造をしているため、振動が発生するあらゆる面に簡単に貼り付けることができます。取り付ける対象物に合わせて構造を簡単に変更できるため、高層ビルや大きな橋の損傷をチェックする診断センサーから、個人の健康状態を監視する小型のバイオセンサーまで、応用範囲は多岐にわたります。

「この研究は、振動を一時的に捕捉する表面メタマテリアルを使用して、振動の蓄積と増幅に成功した世界初の研究です」と、KRISS 音響・超音波・振動計測グループの主任研究員 Lee Hyung Jin 氏は述べています。

非破壊計測グループのスン・ホン・ミン主任研究員も「メタマテリアルは、従来のセンサーでは計測が難しかった超微細な振動を大幅に増幅することで、次世代の高精度・高感度センサーの開発に利用できる可能性がある」とコメントし、関心を示した。

詳細については、Eunhye Bae までお問い合わせください。このメール アドレスはスパムボットから保護されています。表示するには JavaScript を有効にする必要があります。