일본산업뉴스요약

웨어러블기기, 전원 확보로 효율화
도쿄공대, 체온 활용하여 발전

웨어러블기기에 필요한 전기를 공급하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 도쿄공업대학은 사람의 체온을 이용하여 발전하는 기술을 개발했다. 도쿄이과대학은 무선으로 전기를 보내는 기술을 개발, 배터리를 효율적으로 충전하는 것이 목적이다. 전기를 손쉽게 만들고 사용할 수 있게 된다면, 웨어러블기기의 배터리의 소형화 등으로 이어진다. 사용이 쉬워지고, 기기보급을 뒷받침할 것이라고 기대하고 있다.

웨어러블기기는 몸에 달고 사용하는 정보단말이다. 리튬이온전지 등을 내장하고 있지만, 충전에 있어서 번거로운 것이 많다. 디자인성을 높이기 위해서 배터리를 소형으로 하면 구동시간이 짧아진다. 사용하면서 조금씩 충전하고 싶고, 배터리를 오래 사용 하고 싶은 요구가 있다.

도쿄공대의 스기와라 교수는 열을 전기로 바꾸는 「열전발전」을 활용했다. 이 기술은 재료의 양단에 온도 차가 있으면 내부에 전류가 흐르는 현상을 이용한다. 사람의 체온과 바깥기온의 온도 차에서 착안했다.

IC전용 기술을 사용한 박막상태의 모듈(복합부품)로 한다. 비스무트계화합물 등을 사용한 열전재료의 두께는 약 100나노미터이다. 부품전체에서도 1mm의 두께로, 손목시계형태기기의 밴드부분 등에 장착하기 쉽다. 기존의모듈은 고온의 배열 등이 주된 대상으로, 두께가 있었다.

열과 전기의 저항을 제어하는 설계의 연구로, 전기를 효율적으로 생산한다. 전압 0.4~1볼트로 약 10미리와트의 전기를 얻고, 무선통신에서 필요한 전력의 일부를 공급할 수 있다고 보고 있다.

스기와라 교수는 “충전의 빈도를 큰 폭으로 줄이거나 배터리를 불필요하게 하는 것이 목표이다.” 라고 말한다. 큰 폭의 비용 증가도 없을 것이라는 전망이다. 2020년의 실용화를 예상한다.

토호쿠대학의 나리타 교수는 신체의 아주 작은 흔들림에서 전기를 만드는 「진동발전」에 주목하고, 신재료를 개발했다. 철과 코발트의 합금을 직경 0.2mm~1mm의 선재로 가공하고, 에폭시수지에 내장했다. 재료가 진동할 때에 자기적인 성질이 변화하는 현상을 이용하여 수지의 가까이에 둔 코일로 전기를 만든다.

“구두 등에 내장하면, 보행 시의 진동 등으로 발전 가능하다.” 라고 나리타 교수는 말한다. 채용한 합금은 토호쿠대학의 후루야 교수가 개발했다. 가공하기 쉬고 내구성이 뛰어나다. 희토류 등을 활용한 기존의 재료는 가공이 어렵고, 실용성에 있어서 문제가 있었다고 한다.

도쿄이과대학의 우메다 교수는 주파수가 30기가~300기가헤르츠의 「밀리파(EHF)」라고 부르는 전파를 사용하여, 웨어러블기기에 전기를 공급하는 기술을 개발했다. 수 미터 떨어진 장소에서도 전기를 보낼 수 있다. 휴대형의 충전용 시스템을 가방에 넣고, 본체에 보내는 것 등을 상정하고 있다.

전파수신용의 안테나를 웨어러블기기에 내장할 때에는, 안테나의 소형화가 요구된다. “주파수가 높고 효율적으로 전기를 보낼 수 있는 밀리파가 적합하다.”라고 우메다 교수는 말한다. 기업과 손을 잡고, 3~5년후에 실용화하고 싶다는 생각이다.

비접촉으로 전기를 보내는 기술에서는 자기를 사용하는 방법 등이 기존에 있지만, 송전측과 웨어러블기기를 근접시킬 필요가 있었다.

●웨어러블기기
손목시계와 안경 형태, 의상과 같은 신체에 붙는 타입이 있다. 미국 애플의 「애플워치」등이 대표적인 제품이다. 통신, 게임, 운동과 건강상태의 기록, 전자결제 등에 사용할 수 있다. 조사회사의 시드플래닝에 따르면 2015년의 세계시장의 규모는 약 2800만대이며, 2025년에는 2억 5300만대로 증가하고, 6조엔이 넘는 시장으로 확대될 것이라는 전망이다.

사용 편리성의 향상을 목표로, 피부에 붙이는 초박형 OLED 등의 개발이 추진되고 있다. 열전발전과 진동발전 이외에, 얇고 가벼운 차세대 태양전지 등도 전원으로서 주목 받고 있다.

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