일본산업뉴스요약

계측과 통신, 전원 없이 가동
ABLIC, 물이나 토양에서 미약 전력 추출

아날로그 반도체 제조업체인 에이블릭(ABLIC)은 배터리나 전원 없이 가동하는 센서 키트의 판매를 시작하였다. 지금까지는 활용되지 않았던 미약한 전력을 물이나 토양 등에서 추출하여 축전한다. 무선통신 기능을 이용해 센서가 수집한 정보를 스마트폰이나 컴퓨터로 발신한다. 기업이나 연구기관에 실험용으로 제공한다. 공업이나 농업 등 폭넓은 분야에서 용도를 개척한다.

진동이나 온도 차 등의 환경 변화를 이용해 전력을 추출하는 기술은 ‘환경 발전(에너지 하베스트)’이라고 불린다. 에이블릭의 센서 키트는 환경 발전을 이용해 미약한 에너지를 추출하여 센싱에 사용하는 것이다. 에이블릭은 20년 이상 전부터 배터리가 필요 없는 손목시계의 개발을 통해 노하우를 축적해 왔다.

센서 키트에는 발전부는 ‘수분발전센서’ ‘토양센서’의 2종류가 세트로 되어 있다. 이 중 수분발전센서는 물에 닿으면 금속이 이온이 되는 원리를 이용하여 발전한다. 센서 부분이 닿는 물의 면적이나 수용액 성분에 따라서 발전량이나 발신 간격이 변한다. 이를 단서로 수분량이나 수용액의 성분을 조사하는 구조다. 또한 토양 센서는 토양 중의 미생물 대사로 인해 발생하는 미약한 전력을 이용한다.

관건은 만들어낸 미약한 전력을 승압하는 ‘Clean Boost 기술’이다. 1µW(마이크로는 100만분의 1) 레벨의 전력을 3만배인 30mW(밀리와트)로 승압함으로써 센싱과 무선 송신을 이용할 수 있게 된다. 코어 기술인 ‘축전 승압 회로’는 에이블릭과 리쓰메이칸대학의 공동연구로 실현하였다. 필요한 전력이 쌓일 때까지는 콘덴서 등에 전력을 축전한다.

센서 키트의 통신 부분에는 저전력 근거리무선기술 ‘Bluetooth Low Energy(BLE)’를 채용. 전파를 발산하기 위한 IC는 저소비 전력으로 구동하는 전압 검출 회로나 승압 회로, 무선 송신부로 구성된다.

센서 키트는 배터리나 배선이 필요 없기 때문에 설치 장소의 제약이 적다는 이점이 있다. 측정하고 싶은 수조나 토양에 센서를 설치해 두면, 발전량에 따른 간격으로 신호를 발신한다. 예를 들면 누수나 토양 조사 등에 사용할 수 있다. 가격은 2만 9,800엔이다.

에이블릭은 아날로그 반도체 제조업체로서 자동차나 산업기계, 가전제품, 의료기기 등 폭넓은 분야에 부품을 제공하고 있다. 시모다(下田) 펠로우는 “당사가 보유한 저소비 전력의 IC 기술을 활용하였다”라고 설명한다.

응용은 이미 시작되었다. 에이블릭과 다이세이건설은 건물 내의 누수감지시스템을 2018년에 공동 개발하였다. 배관의 누수나 게릴라 호우에 의한 침수를 감지하는 것이 목적이다. 벽이나 배관 공간에도 설치하기 쉽기 때문에 배터리를 교환하지 않아도 된다는 이점이 있다.

간호 분야에서는 기저귀 교환 타이밍을 감지하는 시스템을 검토 중이다. 배뇨에 의해 센서가 발전하면서 간호사를 호출한다. IC는 씻어서 다시 이용할 수 있지만 발전부는 1회용이다. 발전부를 알루미늄 박이나 활성탄 시트로 만들면 기저귀 하나에 수엔 정도의 비용으로 만들 수 있을 것으로 본다. 농업 분야에서는 토양의 미생물 활동량 등을 통해 토양의 ‘건강도’를 평가하는 용도로 활용할 수 있다. 채소의 생육에 적합한 환경을 만드는데 활용할 수 있다. 센서 키트 판매를 계기로 이들의 용도 확대를 더욱 추진할 생각이다.

-- 환경 발전, IoT가 순풍 --
환경 발전(에너지 하베스트)의 활용은 전세계에서 확산되고 있다. IoT(사물인터넷)의 확산이 순풍이 되고 있다. 다양한 기기에 센서나 무선통신을 내장하는 IoT와 미약한 전력을 추출하는 환경 발전의 친화성은 높다.

독일의 EnOcean은 환경 발전의 일종인 저전력 무선 기술 ‘EnOcean’을 실용화하고 있다. 문을 개폐하거나 기기의 버튼을 누름으로써 발생하는 에너지를 추출하는 것이다. 문이나 창문의 개폐를 감시시스템과 연동시키는 등의 용도가 확산되고 있다.

전력이 미약하기 때문에 지금까지는 용도가 한정적이었다는 점이 환경 발전의 문제였다. 에이블릭의 Clean Boost 기술은 그 과제를 극복하였다. 전력의 승압을 이용해 용도 개척에 박차를 가한다. 일반 가정용에서는 가전에 내장하여 인터넷과 연계시키는 스마트하우스 등도 유망 분야가 될 것으로 보인다.

에이블릭은 3~6년 후를 목표로 Clean Boost 기술 관련 사업을 매출 50억엔 규모로 확대시킨다는 계획이다. 다양한 플레이어와의 협력을 통해 아이디어를 제품에 구현시키는 것이 다음 스텝이 될 것이다.

● 환경 발전의 사례

 -- 끝 --