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エナジーハーベスティング(環境発電)とは、光、熱、動き、電波など、周りにある小さなエネルギーを集めて、電池の代わりに機器を動かす技術です。充電せずに、小さな機器を動かし続けられます。私たちの電子ペーパーiPhoneケース、LogCaseもこの仕組みで動いていて、電池をまったく積んでいません。
エネルギーはどこから来るのか
| エネルギー源 | 集め方 | 身近な例 |
|---|---|---|
| 光 | 太陽電池 | 電卓、庭のライト |
| 熱 | 温度の差を電気に変える熱電素子 | 一部の腕時計、工場のセンサー |
| 動き | 押す力や振動を、小さな発電機で電気に変える | 電池も配線もいらない壁スイッチ。押した力で発電し、照明に無線で信号を送る |
| 電波 | 近くの送信機からコイルやアンテナで受け取る | 交通系ICカード、NFCタグ |
集められる量は小さく、多くは数千分の1ワット以下です。少しの電力で動く機器や、ときどきだけ電力が必要な機器に向いています。
NFCで電気を渡す仕組み
NFC(近距離無線通信)は、iPhoneがApple Payで使っている技術です。iPhoneは1秒間に1356万回向きが変わる磁界をつくります。近くの機器のコイルがその磁界の一部を受け取り、小さな回路が安定した電圧に変えます。同じ磁界でデータも送れるので、ひとつのつながりで、電気を渡すことと通信することを同時にできます。
交通系ICカードが電池なしで動くのも、この仕組みです。読み取り機が、必要な瞬間だけカードに電気を渡しています。
電子ペーパーと相性がいい理由
液晶や有機ELの画面は、表示している間ずっと電力が必要です。電子ペーパーは違います。電気を帯びた小さな顔料の粒を動かして並べると、電力がなくてもそのまま残ります。電力が必要なのは、絵を変えるときだけです。
そのため、ときどき絵を変える表示なら、集めたエネルギーだけで動かせます。電力がなくなっても、絵は残ります。
LogCaseでの使い方
LogCaseはiPhoneの背面に付けて使います。LogCaseアプリから画像を転送すると、iPhoneのNFCの磁界がケースに電気を渡し、画像を送り、表示を描き替えます。終わると磁界は止まり、次の画像を選ぶまで、電力を使わずに絵が残ります。
この方法でフルカラーの絵を描くのは、NFCにとって大きな負担です。実現までに、回路基板を6回作り直しました。その話はLogCase Full Colourができるまでに書いています。
得意なことと、限界
得意なこと
- 充電がいらない。 ケーブルも、電池の残量を気にする必要もありません。
- 劣化しない。 電池は年々容量が減りますが、電池のない機器にはそれがありません。
- ごみが減る。 交換や廃棄する電池がなく、航空便で規制されるリチウム電池がないので、発送の制限も少なくなります。
限界
- 使える電力が小さい。 最初から、少しの電力で動くように設計する必要があります。
- エネルギー源があるときだけ動く。 LogCaseが絵を変えるのは、iPhoneから転送したときだけです。勝手に変わることはありません。
- 時間がかかる。 カラーの電子ペーパーを描き替えるには、少し時間がかかります。
ほかの使い道
非接触ICカードやNFCタグ、電子棚札、自分で発電するスイッチ、建物や工場で温度や動きを知らせるセンサーなどです。多くは、小さな仕事をときどき、何年も続けます。
私たちは、ほかの会社のために電池のない機器の設計もしています。電池なしで動かしたい製品があれば、ご相談ください。
よくある質問
エナジーハーベスティングを簡単に言うと？
光、熱、動き、電波など、周りにある小さなエネルギーを集めて、電池なしで機器を動かすことです。
LogCaseに電池は入っていますか？
入っていません。画像を転送している間だけ、iPhoneのNFCで動きます。
転送するとiPhoneの電池は減りますか？
画像を送って描き替える間だけ、iPhoneの電力を少し使います。ケースに絵を表示し続けるのに、電力は使いません。
安全ですか？
LogCaseは、Apple Payと同じiPhone標準のNFCを、iOSが決めた範囲の中で使っています。LogCase Full ColourはCEの試験にも合格しています。
ケースを外しても絵は残りますか？
残ります。電子ペーパーは電力がなくても絵を保ちます。
エナジーハーベスティングでスマホは動かせますか？
それだけでは動かせません。スマホにはずっと大きな電力が必要です。少しの電力で動く小さな機器に向いた技術です。
