画期的なバッテリーの実現

Dec 17, 2023

冷蔵庫を開け、携帯電話のアプリを開いて、どのアイテムが数日以内に期限切れになるかをすぐに知ることができると想像してください。 これは、カリフォルニア大学サンディエゴ校のエンジニアによって開発された新しいテクノロジーによって可能になるアプリケーションの 1 つです。

このテクノロジーは、製品パッケージに統合されたチップと携帯電話のソフトウェア アップデートを組み合わせたものです。 電話機は、チップが特定の周波数 (この場合は Bluetooth または WiFi) から発する信号に基づいて物体を識別できるようになります。 産業環境では、ソフトウェアアップデートを搭載したスマートフォンをRFIDリーダーとして使用できる可能性があります。

このカスタムチップは砂粒ほどの大きさで、製造コストはわずか数ペニーだが、必要な電力は非常に少ないため、RFエネルギーハーベスティングと呼ばれる技術であるLTE信号によって完全に電力を供給できる。

この作品は、スマートフォンによってすでに生成された信号を使用し、スマートフォンが理解できる形式で信号をリダイレクトする後方散乱通信のブレークスルーを利用しています。 事実上、この技術は WiFi 信号の生成に使用する電力が最新技術よりも 1,000 少ない電力を使用します。これらの進歩により、モノのインターネットのコンポーネントと、身体搭載センサーなどのアプリケーション向けの WiFi や Bluetooth トランシーバーなどのハードウェア間の非常に低電力通信が可能になりました。または資産トラッカー。

このカスタムチップは砂粒ほどの大きさで、製造コストはわずか数ペニーだが、必要な電力は非常に少ないため、RFエネルギーハーベスティングと呼ばれる技術であるLTE信号によって完全に電力を供給できる。 このチップは Bluetooth 送信を WiFi 信号に変換し、その特定のソフトウェア アップデートを適用したスマートフォンで検出できるようになります。

このチームは、2023 年 2 月 20 日にサンフランシスコで開催される IEEE 国際ソリッドステート回路会議で研究成果を発表する予定です。

現在、最先端の後方散乱変調には 2 つの外部デバイスが必要です。1 つは送信用、もう 1 つは信号の受信と読み取り用です。 このカンファレンスペーパーは、単一のモバイルデバイスからのワイヤレス通信とバッテリーレス動作を可能にする初の後方散乱集積回路を紹介します。

「このアプローチにより、信号の読み取りと電力供給の両方を行うデバイスとしてスマートフォンを使用しながら、RFID のような方法で電力を供給し、通信を可能にする、堅牢かつ低コストでスケーラブルな方法が可能になります」と、この論文の上級幹部の 1 人であるパトリック・メルシエ氏は述べています。著者であり、カリフォルニア大学サンディエゴ校の電気およびコンピュータ工学科の教授でもあります。

この技術のより広範な期待は、代わりに LTE 信号から電力を収集できるため、バッテリーを必要としないデバイスの開発です。 これにより、機器の価格が大幅に下がり、最長数十年寿命が延びる可能性があると、カリフォルニア大学サンディエゴ校電気・コンピュータ工学部教授で論文の上級著者の一人であるディネシュ・バラディア氏は述べた。

「電子廃棄物、特にバッテリーは、気候変動後に地球が直面している最大の問題の一つです」とバラディア氏は述べた。

研究者らは、LTE スマートフォンの信号から電力を収集し、この電力をエネルギー貯蔵コンデンサーにバッファリングすることで、この画期的な進歩を達成しました。 これにより、Bluetooth 信号を検出する受信機が起動され、反射された WiFi 信号に変更されます。

ソフトウェア アップデートは、Bluetooth 信号をより簡単に WiFi 信号に変換できるものに変換する単なるビット シーケンスです。

さらに、ほとんどの低電力無線通信にはカスタム プロトコルが必要ですが、研究者らが開発したデバイスは、Bluetooth、WiFi、LTE などの一般的な通信プロトコルに依存しています。 それは、スマートフォンには Bluetooth 送信機と WiFi 受信機の両方が搭載されているためです。

この装置の範囲は 1 メートルから約 1 ヤードです。 バッテリーを追加するとタグの航続距離は数十メートルに伸びるが、コストも増加する。 このデバイスのサイズは 0.5 平方インチで、製造コストはわずか数セントです。