6G（用語） | SEO-LPO.net

安価に大量生産が可能な6G通信の電波制御のための新規材料「三次元バルクメタマテリアル」を開発

安価に大量生産が可能な6G通信の電波制御のための新規テラヘルツ光学材料「三次元バルクメタマテリアル」を開発

東北大学は3月10日、6G通信を見据えたテラヘルツ光学材料「三次元バルクメタマテリアル」を開発し、液状樹脂に混合して任意の形に加工できる粉末状での提供を可能にしたと発表した。テラヘルツ領域での「光学特性をオーダーメイドで設計できる革新的な新素材」の基盤技術になるという。

2030年代の実用化を目指す6G通信では、ミリ波と赤外線の中間の、波長が非常に短いテラヘルツ波が使われることになっている。しかし現状では、テラヘルツの電波を自在に制御できるレンズ、プリズム、フィルターといった光学素子の材料が限られているため、加工が容易で、幅広い屈折率特性を有する新規素材が求められている。そこで注目されているのが、制御対象の電磁波の波長よりも小さな単位構造で構成される人工光学物質「メタマテリアル」だ。これは、「これまでの電磁波操作技術の限界を打ち破る革新的な人工構造体」として期待されている。東北大学大学院工学研究科の金森義明教授、岡谷泰佑助教らによる研究グループは、このメタマテリアルを含み、成形が自由で任意の屈折率特性を持たせられる「三次元バルクメタマテリアル」を安価に大量に提供できる製造技術の開発について、世界で初めて成功した。

これまでも、メタマテリアル単位構造を形成した立体的なメタマテリアルはあったが、厚みや構造の向きに制約があった。それに対して同研究グループが開発したものは、製造上の厚みの制約がなく、方向性の制限もない、どんな形にしても「三次元的に等方分散した真の三次元バルクメタマテリアル」とのこと。

研究グループが開発したメタマテリアルは、テラヘルツ波の波長よりも小さい数十から数百μm（マイクロメートル）ほどのメタマテリアルを含む樹脂製粉末だ。これを液状樹脂に入れて攪拌し、型に入れて固めることで、任意の形で、設計に応じた屈折率特性を持つ「三次元バルクメタマテリアル」ができあがる。実際に、直径12mm、厚さ1.6mmの三次元バルクメタマテリアルの製作を成功させている。これは、代表的なメタマテリアル単位構造であるスプリットリング共振器を内包した1辺100μmの立方体の粉末から作られている。マテリアルはランダムに分散配置されていて、周波数0.7THz付近で、屈折率を0.135変化させることができたという。

（a）三次元バルクメタマテリアル、（b）内包されているスプリットリング共振器

これまでメタマテリアルは平面的に形成されたものが多く、自由に加工できなかった。また、メタマテリアルを部材として入手することが困難で、メタマテリアル光学素子を作る際には、高度な微細加工技術が必要だった。それらが社会実装を妨げていたのだが、個体の粉末材料として提供される研究グループのメタマテリアルは、「自由に加工してテラヘルツ光学素子を実現できる点が画期的」と研究グループは話す。またこの技術は、医療、バイオ、農業、食品、環境、セキュリティーなど幅広い分野での応用が期待できるという。

NTT・NTTドコモ・スカパーJSAT・エアバスがHAPS早期実用化の覚書締結、衛星も組み合わせた大規模ネットワーク構想

NTT・NTTドコモ・スカパーJSAT・エアバスがHAPS早期実用化の覚書締結、衛星とHAPSを組み合わせた大規模ネットワーク構想

NTTは1月17日、HAPS早期実用化に向けた研究開発、実証実験などの推進を検討する覚書を、NTTドコモ、スカパーJSAT、エアバスとの4社で締結したことを発表した。HAPSの接続性、HAPSを利用した通信システムの有用性の発見、技術やユースケースの開発を4社で進めるという。

HAPSとは、地上約2万mの成層圏を飛行する高高度プラットフォーム（中継基地局）のこと。昨年、NTTとエアバスは、エアバスが所有する高高度無人機「Zepher S」（ゼファーエス）を用いた実証実験を行い、通信サービスの実現可能性をすでに実証している。今回の覚書により4社は、5Gのさらなる高度化と6Gに向けた取り組みとして、空、海、宇宙を含むあらゆる場所への「カバレッジ拡大」を目指す。

さらにこの覚書には、静止軌道衛星（GEO）、低軌道衛星（LEO）も含めた非地上ネットワーク技術を用いたアクセスサービス「宇宙RAN（Radio Access Network）」事業の促進も含まれている。「宇宙RAN」が実現すれば、災害対応、離島やへき地へのサービス、飛行機や船舶などの通信環境の飛躍的改善が期待できるという。

宇宙RANシステム構成

今後は通信技術の開発のみならず、HAPSの機体開発や、HAPSの運用に向けた標準化と制度化への働きかけも行い、HAPSによるネットワークサービスの商用化に向けたビジネスモデルに関する検討も行う。さらに、HAPS、衛星、地上局の連携による「宇宙RAN」事業を促進し、NTTの技術を活用したネットワーク構築の実証実験を視野に入れた協力体制も構築してゆくとしている。

NTTドコモ、脳・身体の情報をネットワークに接続し人間の感覚を拡張する6G時代の「人間拡張」のための基盤を開発

NTTドコモ、脳や身体の情報をネットワークに接続し人間の感覚を拡張する6G時代の「人間拡張」のための基盤を開発

NTTドコモは1月17日、ネットワークで人間の感覚を拡張する「人間拡張』を実現する基盤の開発を発表した。これは、「ドコモ6Gホワイトペーパー」で示した6G時代の新たな価値提供の1つ。H2L、FCNT、富士通の協力により、世界で初めて開発した。

「人間拡張」とは、脳や身体の情報をネットワークに接続し、人間の感覚を拡張するというもの。6Gでは通信速度が人間の神経の反応速度を上回るようになるため、これが可能になるとされている。NTTドコモはそこで、「身体のユビキタス化」「スキルの共有」「感情の伝達」「五感の共有」「テレパシー・テレキネシス」という目標を掲げており、今回「身体のユビキタス化」と「スキルの共有」という身体的な動作を共有するための基盤を開発した。

具体的には、人の動作を「センシングデバイス」で取得し、その動作データを駆動機器「アクチュエーションデバイス」を通じて人やロボットにリアルタイムで伝えるというものだ。動作を送る側と受け取る側とで身体の大きさや骨格が異なる場合、そこを調整して自然な動作が伝わるようにもしている。また動作の大きさも調整が可能だ。しかも、動作データは基盤上に蓄積しておくこともできる。そのため、熟練工の動作を保存しておき、後に後継者に反映して技術を継承するといったことも可能になる。

さらに、パートナー企業が提供するさまざまなデバイスの相互接続も行える。デバイス開発者に向けてこの基盤に簡単に接続できる開発キット（SDK）を提供し、関連する技術を持つパートナーを増やし、付加価値を向上させて商品化に取り組むとのことだ。

今後は、感情の伝達や五感の共有にも拡張し、「多様性の享受や、ハラスメントなどの社会的課題の解決」にも貢献したいとNTTドコモでは話している。

現在オンライン開催されている「docomo Open House’22」にて、この基盤で人やロボットが腕や手の動きを共有する様子が見られる。

産総研がミリ波電波を高効率で特定方向に反射する140GHz帯サーフェス反射板開発、基地局増設せずポスト5G・6Gエリア拡大

産総研は11月26日、大阪大学大学院基礎工学研究科と共同で、次世代通信規格となるいわゆる「ポスト5G/6G」時代に利用が予定されている140GHzというミリ波帯の電波を特定方向に高効率で反射させる「メタサーフェス」反射板を世界で初めて開発したと発表した。これを利用すれば、基地局を増設しなくとも反射板を設置するだけで通信エリアの拡大が期待される。

メタサーフェスとは、波長よりも小さな構造体を周期的に並べて、電磁波を任意の方向に反射させることができるメタマテリアル（人工媒質）のこと。不要な反射をなくし、特定の方向だけに反射させる（異常反射）が可能なため、電磁波を高効率に伝搬できる。これまで、100GHzを超えるミリ波に対応したメタサーフェス反射板は、その効果の計測が困難であったため世界的に開発や実証は行われてこなかったのだが、産総研はミリ波帯の高精度の材料計測技術を活かしてこれを克服した。産総研がミリ波電波を高効率で特定方向に反射する140GHz帯サーフェス反射板開発、基地局増設せずポスト5G・6Gエリア拡大可能に

ポスト5G/6Gで活用されるミリ波は、高速で大容量の電波帯域として期待されている反面、障害物によって簡単に遮蔽されてしまう問題がある。これを解決するには基地局を増やして高密度化するという方法があるが、それでは消費エネルギーやコストが増大してしまう。メタサーフェス反射板なら、電源を必要としない。設置免許もいらず、ビルの窓などに設置できるので、街の景観を損なうこともない。これで、障害物の影になる地域でも通信が可能になる。

産総研が開発したメタサーフェス反射板は、理論的な反射効率が99％以上に達した。また、反射板の素材損失を除いた実測値でも最大88％という高効率が実証された。今後は、300GHzまでの高周波化や反射方向の動的制御、マルチバンド動作などの高効率化を目指すという。