タグ: 無線給電

京都大学とパナソニック、電池交換や電源ケーブルが不要になるマイクロ波電力伝送システムのサンプル提供開始

京都大学とパナソニック、電池交換や電源ケーブルが不要になるマイクロ波電力伝送システムのサンプル提供開始

京都大学とパナソニックは3月24日、京都大学生存圏研究所の篠原真毅教授とパナソニックが共同開発してきたマイクロ波を使った長距離のワイヤレス電力伝送システムについて、プロトタイプ開発が完了し、試験用サンプルの提供を開始すると発表した。この技術が実用化されたなら、IoTセンサーやウェアラブル機器などの電源ケーブルや電池交換が不要になる。

これは、920MHz帯のマイクロ波を利用したワイヤレス電力伝送システム。2022年に電波法施行規則等に関する省令の改正が予定されており、それを見据えてサンプルが提供される。免許を取得すれば、屋内の一般環境で利用が可能となるのだが、規制によって送電できる電力は1ワット以下に制限される。そのため、この範囲内で電力を効率的に伝送し、広範囲に設置された受電機へ電力を送ることが開発のポイントとなった。京都大学とパナソニックは、高効率な送電方法、受電用の小型アンテナ、受電したマイクロ波電力を高効率に安定して直流に変換する回路の開発に取り組んだ。

ワイヤレス送電は、特に人の見守りや健康管理用のバイタルセンサーのためのウェアラブル端末への応用が期待される。しかし既存のアンテナでは、人に近づけると電波が人体に吸収されてしまうという課題があった。そこで、人体に装着しても受電効率が低下しないアンテナを開発した。またこのシステムでは、1つの送電機から複数の充電器に一括で送電が行える。そのため、工場やオフィスに多数設置されるIoTセンサーの電源としても利用できる。

パナソニックは、このシステム「Enesphere」（エネスフィア）としてサンプル化し提供を行う。システムには、1ワット以下の送電機と、カードタイプ、人体装着タイプ、液晶表示タイプ、基板タイプなどさまざまな形態の充電器で構成される。提供開始は「準備が整い次第」ということだ。京都大学とパナソニック、電池交換や電源ケーブルが不要になるマイクロ波電力伝送システムのサンプル提供開始

長距離ワイヤレス給電技術「AirPlug」により配線のないデジタル社会を目指すエイターリンクが2億円調達

長距離ワイヤレス給電技術「AirPlug」により配線のないデジタル社会を目指すエイターリンクが2億円のシリーズA調達

ワイヤレス給電によって配線のないデジタル社会の実現を目指す、米スタンフォード大学発のスタートアップ「エイターリンク」は10月5日、シリーズAラウンドにおいて第三者割当増資による2億円の資金調達を発表した。引受先は、慶應イノベーション・イニシアティブ（KII）運営のKII2号投資事業有限責任組合、伊藤忠テクノロジーベンチャーズ運営のテクノロジーベンチャーズ5号投資事業有限責任組合。

調達した資金により開発体制を早急に整え、まずはFA（Factory Automation）、ビルマネジメント領域の製品投入を実現する。メディカル領域への市場導入も進め、ワイヤレス給電による配線のないデジタル社会の実現を目指す。

エイターリンクは、心臓のペースメーカーをはじめとする「メディカルインプラントデバイス」にワイヤレス給電する研究開発を行ってきた。デバイスを体外から体内深部20cmへワイヤレス給電で稼働させることが同社の基盤技術となっており、実用レベルでの完全ワイヤレス給電「AirPlug」を実現したという。

また同技術は、医療用途以外にも応用可能なことから、現在FA、ビルマネジメント、メディカルの3領域への応用を目指している。

FA（Factory Automation）領域

ダイナミックに稼働するロボット先端部の配線は、高頻度で断線することが多く、FA業界においては長年の課題となっている。ロボットハンド先端部など、「断線しやすい可動部」や「配線しにくい箇所」のセンサーのワイヤレス給電を実現することで、この課題を解決する。またこれにより、取り替えコストの大幅な削減も可能という。現在、市場導入は2022年後半以降を予定し、製品開発を行っている。

ビルマネジメント領域

タスク＆アンビエント空調は、空間の中で人がいる領域「タスク域」は最適な環境を保ち、不在時や人がいない領域「アンビエント域」は環境条件を緩めることで、快適性と省エネルギーの両立を図るシステム。しかし、センサーを設置するのに多額の配線コスト、バッテリー交換コスト（廃棄も含め）がかかるため、十分なビルマネジメントシステムが構築できないという課題がある。

エイターリンクが持つ技術を大手ゼネコン、ディベロッパーと実証実験を実施した結果、ワイヤレス給電によって温湿度センサー、照度センサーやCO2センサーを稼働させるだけでなく、ドア・窓センサー、人感センサー、漏水センサー、コンクリート内のひずみセンサーなどを一括してワイヤレス給電を行うことが可能となったという。

同技術は2021年11月より実際の市場投入を予定。今後「世界初のマイクロ波ワイヤレス給電」による建築物のデジタルトランスフォーメーションに貢献するとしている。

メディカルインプラント領域

メディカル領域における最初のターゲットアプリケーションは、感覚器へのデバイスを想定しており、現在基礎開発を行っているという。市場導入は2025年以降を予定。

千葉大学が制御装置のいらないロボットアーム向け無線電力伝送システムを開発

千葉大学が制御装置のいらないロボットアーム向け無線電力伝送システムを開発

千葉大学は10月5日、ロボットアーム向けの無線電力伝送システムの開発に成功したことを発表した。負荷に関わりなく一定電圧を伝送できるため、特別な制御装置を必要とせず、システムを単純化できる可能性がある。

千葉大学大学院工学研究院の関屋大雄教授、国際電気通信基礎技術研究所波動工学研究所、埼玉大学の大平昌敬准教授からなる研究チームは、ロボット用の2ホップ（中継器を2つ介する）、2出力の無線電力伝送システムを開発した。無線電力伝送は、コイルを介して無線で電力を供給し、電池を充電したり、モーターやセンサーを動かしたりするもの。基本原理は、スマートフォンのワイヤレス充電と同じだ。

ロボットの関節部分にこれを使用することで、電力線がねじれたり摩耗して断線するといった心配がなくなる。特に近年は、1つの送電装置から複数の機器に電力を供給できる多出力システムや、中継器（ホップ）を介して遠くまで電力を伝送できる多ホップシステムの研究が進んでいるが、そうしたシステムの運用には、負荷に応じて出力を調整するなどの制御が必要となり、その制御用の情報も無線でやりとりすることになるため、伝送遅延などの性能低下やシステムの複雑化が問題になっている。

そこで研究チームは、制御装置を使うことなく、モーターやセンサーの負荷の変動に対して常に一定の電力を供給する「負荷非依存動作」の設計論を構築した。この設計論は、低周波数から高周波帯域に適用できるため、高い汎用性を有するという。実際に、2ホップ2出力で、6.78MHz（免許なしで利用できる高周波帯域ながら電力伝送の設計が難しいとされるISM帯に属する）の無線電力伝送システムを設計し実験を行ったところ、負荷が変わっても一定の出力を保ち、高効率を維持できることが確認された。

この研究により、負荷変動に対して制御システムが不要になる可能性が示された。設計の簡素化とコストダウンが見込まれ、無線電力伝送システムの社会実装の加速が期待される。「あらゆる制御を不要とする制御レス無線電力伝送システム実現に向けた第一歩」だと研究チームは考えているという。

この研究は、総務省の委託研究「ミリ波帯におけるロボット等のワイヤフリー化に向けた無線制御技術の研究開発」により実施された。

パワーエレクトロニクスと無線充電のスタートアップEggtronicが10.7億円のシリーズA投資を獲得

イタリアで創設されたスタートアップのEggtronic（エッグトロニック）は、パワーエレクトロニクス、ワイヤレス充電、Data-on-Power（電力線データ通信）の技術と製品を開発しているが、このほどシリーズAラウンドをおよそ1000万ドル（約10億7000万円）でクローズした。

この企業を支援しているのは、カーナビゲーション企業のTomTom（トムトム）の創設者たちによる投資ファンドRinkelberg Capital（リンケルバーグ・キャピタル）と、ミラノの匿名の投資銀行だ。これによりEggtronicが2012年から調達した資金の総額は1700万ドル（約18億2000万円）となった。

Eggtronicは今回の資金を使って、同社の研究所の中に新しく集積回路部門を立ち上げ、より効率的な電力伝送を目指すロードマップに沿った開発を進めるという。ゆくゆくは同社のCapacitive（容量性）ワイヤレス充電技術を新たな業界標準として一般化したいと考えている。

バルサミコ酢、オペラの伝統、フェラーリやランボルギーニといったスポーツカーが有名なイタリアの都市モデナ出身のCEOであるIgor Spinella（イゴール・スピネラ）氏が創設したEggtronicは、今ではアメリカとイタリアと中国に製造施設を構え、洒落たノートパソコン用の充電器や、大理石のようなワイヤレス充電器で知られている。

だが同社は、他のブランドに向けたさまざまなパワーエレクトロニクス製品の生産も行っている。さらに、他のメーカーが製品に組み込んで使えるICなどのB2B事業は、長期的な「拡張性のある」未来として位置づけられている。

スピネラ氏が私に話したところによると、Eggtronicの消費者向け製品とホワイトラベル製品は、Eggtronicにはより良いワイヤレス充電の未来を実現させる能力があり、その研究開発に再投資すれば利益が得られることを直接的に市場に知らしめるものだという。

「私たちはカリフォルニアにいたわけではありません。イタリアの投資家にもほとんど知られることなく、大きな資本を必要とする分野で頑張っていました。そこで設計と製造ができる企業として認めてもらい、最高に革新的な技術を使った驚きのデモ製品の製作などを可能にする研究開発と、世界規模への拡大のための投資が得られる仕組みを作りました」とスピネラ氏は説明してくれた。

そのデモ製品には、2015年のスマートフォンの充電ができる容量性ワイヤレス充電パッド、2017年のテレビ、2020年の電力線データ通信でネットワーク接続と充電ができるノートパソコン2機種などがある。

「これらの研究開発デモは、私たち独自のアイデア、つまり電力とデータの無線伝送技術の実証にとって、極めて重要な節目となりました」とスピネラ氏。そこには「文字通りあらゆるデバイスを適当に机の上に置けば、そのすべてに充電とネットワーク接続ができる、完全な位置的自由」も含まれる。

加えて、高電圧の使用事例におけるデモも行っている。電力線データ通信では、無線でありながらUSB3.0の有線接続と同等の速度を実現したと同社は主張している。

「この技術には、すでに法人顧客がついています。次のステップはICと、そのICをベースにした最初の小売用商品の開発です。その上で、私たちはトップ企業への売り込みができるようになります」とスピネラ氏は付け加えた。

それまでの間、同社は、それと同じ容量性技術の一部を、Eggtronicのノートパソコン用充電器や電源アダプターといった既存の製品に使われている電力変換に応用しようとしている。

「私たちはこの分野で、いくつかの特許を申請しました。まずは、トランスを廃して効率を高めサイズを小さくできる容量性変換器です」とスピネラ氏。『今では、もっとも一般的な利用領域である数十ワットからキロワット単位までをほぼカバーできる、自社発明のアーキテクチャーがいくつもあります。さらに、独自の共鳴アーキテクチャー（容量性、誘導性、ハイブリッド）、数種類の独自の制御アルゴリズム、独自の力率補正回路、コンポーネントのサイズを縮小する独自方式、直列になった段を減らす方法などがあります」。

一方でスピネラ氏は、一般消費者家電の経験が豊富なMark Gretton（マーク・グレトン）氏の助言を受けている。グレトン氏は元TomTomのCTOで、Psion（サイオン）でモバイルコンピューティングの先駆的開発に尽力した人物だ。Eggtronicは、Rinkelberg Capitalを通して彼と知り合った。投資とアドバイザーとしての参加が決まったのはその後だ。

「参加を決めたのは、第一にイゴールのことが好きになり、尊敬できたからですが、私が出会う幾多の技術系企業とは異なり、Eggtronicの提案が爽快なまでにシンプルだったこともあります」とグレトン氏は私に話した。「私たちは、すべての人の生活に欠かせないものを、テクノロジーを応用して改善していきます。自分でも気づいていない問題には、新しい行動様式も、複雑なビジネスモデルも、ソリューションもありません。すべての人のための、より優れたパワーエレクトロニクスを開発するだけです」。

画像クレジット：Eggtronic

［原文へ］
（翻訳：金井哲夫）

99％少ない電力でHDビデオを伝送する技術

いまでは誰もが監視カメラを家中に設置しようとしているようだ。それは問題になっているプライバシー危機とも関連してくるが、その問題は別の機会に論じることにしよう。この記事で紹介したいのは、乏しいバッテリーを犠牲にすることなく、HDビデオ信号を無線で送信できるようなカメラの話題だ。この新しい技術は、これまでの99％以下の電力でビデオを送信し、バッテリーを不要にできる可能性もある。

スマートホームや、ウェラブルに使われるカメラは、HDビデオを送信する必要がある。しかしビデオを処理し、エンコードされたデータをWi-Fi越しに送信するためには、多くの電力を必要とする。小型のデバイスにはバッテリーの余裕がほとんどなく、もし常時ストリーミングする場合には頻繁に充電する必要がある。だが、そんなことをしている暇はないのが普通だ。

多くの実績を誇る研究者であるShyam Gollakotaが率いる、ワシントン大学の研究チームによって作られた、この新しいシステムの背後にあるアイデアは、世の中にあるいくつかのアイデアと根本的に異なっているわけではない。デジタル温度計やモーションセンサーのようなデータレートの低いデバイスでは、数バイト程度で構成される低電力信号を、バックスキャッター（後方散乱）という方式で送信することができる。

バックスキャッターは、電力をほとんど必要とせずに信号を送信する方法である。なぜなら、実際に電力を供給するのは、収集するデータを送信するデバイスではないからだ。ここでは、ある信号が発信源（例えばルーターや携帯電話）から送信されて、他のアンテナがその信号を反射するということが行われる。ただしその際に内容が変更される。それをオンオフさせることによって、たとえば1と0を表現することができる。

ワシントン大学のシステムはカメラの出力が直接アンテナと接続されている。このためピクセルの明るさが、反射される信号の長さと直接相関している。短いパルスは暗いピクセルを意味し、より長いパルスはより明るいパルスを意味し、最も長いパルスは白を意味する。

チームによるビデオデータの巧妙な操作によって、フルビデオフレームを送信するために必要なパルス数が減少している。これはピクセル間のデータを共有したり、「ジグザグ」スキャン（左から右そして右から左）パターンを採用することなどが含まれる。色を取得するには、各ピクセルは連続して送信できるそれぞれのカラーチャネルを持つ必要があるが、これもまた最適化可能だ。

ビデオの組み立ておよびレンダリングは、電力が豊富に存在する、電話またはモニタなどの受信側で行われる。

最終的には60fpsのフルカラーHD信号を、1ワット以下の電力で送信することができる、更にはより控え目ながらも十分有用な信号（たとえば720p、10fps程度）なら、80マイクロワット以下で送信することが可能なのだ。この大幅な電力削減は、主にアナログ/デジタルコンバーターとデータ圧縮を取り除いたことによって実現された。こうしたレベルであれば、必要な電力を直接空中から引き出すことが可能だ。

彼らはデモ用デバイスを市販部品を使って組み立た。カスタムチップを使っていないために、マイクロワットレベルでの実現はできていないものの、それでもテクニックは想定した通りに動作した。

テスト中に送信されたフレーム。この送信はおよそ10fps程度で行われた。

このプロトタイプは専用デバイスで必要となる、センサとチップパッケージの種類を決定するのに役立った。

もちろんビデオフレームを圧縮もせず空中に送り出すことはあまり良い考えとは言えない。だが幸いなことに、送信されるデータを観察者に対して無意味な信号にすることは容易である。基本的には、両方のデバイスが事前に合意した干渉信号を送信前に加えて、受信側がそれを引き算すれば良い。

ビデオはチームが考えた最初のアプリケーションだが、ビデオ以外のデータに、この効率的で迅速なバックスキャッター伝送技術を使用できない理由はない。

この技術は既に、ワシントン大学の研究者たちによって創業されたスタートアップ（Gollakotaも参加している）であるJeeva Wirelessにライセンスされていて、同社は既に他の低消費電力無線デバイスの商品化に取り組んでいる。先週Symposium on Networked Systems Design and Implementation（ネットワークシステムの設計と実装に関するシンポジウム）で発表された、この新しいシステムの詳細はここから読むことができる。

[原文へ]
（翻訳：sako）