余ったWi-Fi信号を利用して電子機器に電力供給、電池不要の新研究

Tokyo研究者たちは、未使用のWi-FiやBluetooth信号を利用可能なエネルギーに変換する方法を見つけました。東北大学、シンガポール国立大学、メッシーナ大学のチームによって開発された新しい技術は、低電力の電波を効率的に直流電力に変換します。この技術があれば、電子機器やセンサーを電池なしで動かすことが可能となります。この研究結果は、2024年7月24日にNature Electronicsに発表されました。

新技術である「整流器」は、RFをDCに変換する際の効率が低いショットキーダイオードといった現行の解決策の問題を解決します。この高度な整流器は、CoFeBとMgOからなる磁気トンネル接合を用いたナノスケールのスピン整流器（SR）を使用しています。研究者たちは、材料の磁気特性、装置の設計、トンネルバリアの特性を調整することでこのSRを改良しました。彼らは二つの異なるセットアップでRFからDCへの変換をテストしました。

• -62 dBmから-20 dBmまでの範囲で動作する単一のSRベースのレクテナ
• 直列に接続された10個のSRのアレイ

研究者たちは、エネルギー収集モジュールにを使用し、商用の温度センサーを-27 dBmで動かすことに成功しました。

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この画期的な技術には多くの利点があります。空気中のRFエネルギーを集めることで、バッテリーの使用を大幅に削減し、デバイスの寿命を延ばし、環境への影響を軽減することができます。特に、バッテリー交換が困難な遠隔地にあるデバイスにとって非常に役立ちます。これらのデバイスは、周りにある一般的なRF信号から電力を供給されることが可能です。

この技術の成功は、小型電子機器に対するより持続可能なエネルギーオプションを実現する可能性があります。特に、多くのセンサーやデバイスが効率的な電力源を必要とするIoT（モノのインターネット）で、この変化は非常に役立つでしょう。将来的には、これらのデバイスをより効率的でコンパクトにするためにオンチップアンテナが使われるかもしれません。また、研究者たちは、大型SRアレイにおけるインピーダンスを調整する方法を研究しており、個々のSRを接続するオンチップインターコネクトを使った直列並列接続により、より優れたRFパワーハーベスティングを目指しています。

この技術は、環境に優しい選択肢を提供します。環境エネルギーの収集を利用して、電子機器が自立して動作できるようにします。この方法は、私たちの周りに常に存在する無線信号を利用することで、エネルギー問題を解決する可能性があります。