KRISS、微小振動を捕捉・増幅するメタマテリアル開発でエナジーハーベスティング強化

韓国標準科学研究院（KRISS）、大田、韓国

KRISSが開発したメタマテリアル。（画像：韓国標準科学研究院）

微小振動を45倍増幅、発電量4倍以上を達成

韓国標準科学研究院（KRISS）は、微小振動を小さな領域に閉じ込め、増幅するメタマテリアルを開発しました。この革新は、廃棄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を増加させ、その商用化を加速させることが期待されます。

エナジーハーベスティングとは、熱、光、振動の形で廃棄されるエネルギーを電気エネルギーに変換する技術です。エネルギー源として太陽光を利用する太陽光発電は一般的ですが、出力が不安定で、特定の気象条件下では発電できないという制約があります。

一方、至る所に存在する振動をエネルギー源として利用すれば、周囲の環境制約なしに安定した発電が可能です。これが、24/7の恒常的な電力供給を必要とするIoTセンサーや、血圧と血糖値をリアルタイムで測定すべきウェアラブル医療機器の将来の電源として、振動エナジーハーベスティングが注目を集め続ける理由です。

従来の課題をメタマテリアルで解決

振動エナジーハーベスティングを阻む主な問題は、出力が低く製造コストが高いため、実用化に適さないことです。発電量は収集振動の大きさに比例しますが、日常生活で遭遇する振動の多くは微小です。

この重大な問題を克服するには、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、微小振動を内部に閉じ込め蓄積し、45倍以上増幅します。これにより、利用する圧電素子の数が少なくて済み、大規模な電力生成が可能になります。開発されたメタマテリアルを用いた振動ハーベスティングを適用することで、研究チームは従来技術よりも単位面積あたり4倍以上の電力を生成することに成功しました。

特に、新しく開発されたメタマテリアルは、大人の手のひらサイズの薄い平板構造をしており、振動が発生するあらゆる表面に容易に取り付けられます。その構造は取り付け対象の物体に合わせて容易に変更できるため、高層ビルや大型橋梁の損傷診断センサーから、個人の健康状態を監視する小型バイオセンサーまで、用途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用いて、振動を蓄積・増幅することに世界で初めて成功したものです」と、KRISSの音響・超音波・振動計量グループのシニア研究者Lee Hyung Jin氏。

「メタマテリアルは、従来のセンサーでは測定困難だった超微細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ます」と、非破壊計量グループのシニア研究者Seung Hong Min氏も関心を示しています。

詳細については、Eunhye Bae氏までお問い合わせください。メール：保護されたアドレス。

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