東京タワーから送出されるデジタルテレビの放送波から
約100 μWのエネルギー回収
Electrical energy of about 100microwatt is harvested from digital TV signal sent from Tokyo Tower
電子レンジの漏れ電波からのエネルギーハーベスティング
Energy harvesting from leakage power from a microwave oven
エネルギーハーベスティングを用いることで無線センサネットワークの電池寿命を劇的に伸ばすことが可能になります．さらにバッテリーなしの運用が可能になれば，運用コストを著しく削減でき，半永続的に動作する無線センサネットワークを実現することも夢ではありません．本研究室では，太陽光や風力といったエネルギー源より発電量は少ないものの，より安定した発電としての電磁波からのエネルギーハーベスティング技術に注目しています．
これまでに，家庭用の電子レンジの漏れ電波で低消費電力マイコンを動作可能なことを実証しました．また，テレビ塔から送出されるデジタルテレビの放送波もエネルギー源として利用可能なことを，東京タワーから6.5 km離れた東京大学のキャンパスにおいても約100 μWのエネルギーを回収する実験により示しました．さらに，キャパシタの漏れ電力を考慮したRFエネルギーハーベスティング用のデューティサイクル制御手法も提案いたしました．この手法を使うことで，環境電磁波からの微弱なエネルギーであっても，無線センサネットワークを半永続的に運用することが可能になります．
今後は、インフラモニタリングや農業用センサの無線給電技術としても応用する予定です．
Energy harvesting can dramatically extend the operating lifetime of nodes in wireless sensor networks. Furthermore, this technology enables a battery-less operation and reduces the operation cost of WSNs, which is mainly due to battery replacement, thus making it very important for a sustainable “near-perpetual” WSN operability. In this study, we focus on RF energy harvesting, which can produce only a small amount of energy; however,it is more stable than solar and wind power.
Until now, we have shown that leakage microwave from kitchen microwave ovens can be used to power low-power microcontrollers. In addition, digital TV radio wave radiated from a TV tower can also be used. The experiment result show that energy of about 100microwatts could be harvested from Tokyo Tower located 6.5km away from our campus. We have proposed a leakage aware duty cycle control method for RF energy harvesting. This new method makes it possible to use such weak ambient energy to operate WSNs perpetually.
We are investigating a feasibility of applying this technology as a means to supply power wirelessly in other fields such as infrastructure monitoring and agricultural sensing.
【参考文献】
* R. Shigeta et al, “Ambient RF Energy Harvesting Sensor Device With Capacitor-Leakage-Aware Duty Cycle Control,” IEEE Sensors Journal, Vol. 13, No. 8, pp.2973-2983, July 2013.
* R. Vyas et al, “E-WEHP: An Embedded Wireless Energy Harvesting Platform for Powering on Sensors using existing, ambient digital TV Signals present in the Air,” IEEE Transactions on Microwave Theory & Techniques, Vol. 61, No. 6, pp. 2491-2505, June 2013.