印刷した受電器のパターン
Drawing pattern of our proposed receiver
インクジェットプリンタで作成した実際の受電器
Wireless power transfer receiver produced with an inkjet priner
本研究では，生体医学分野での応用を目指した多方向的な無線電力伝送を目指しています．
生命科学の諸分野では，人だけでなく動物や昆虫の動き，またそれらの生体情報を長時間かつ連続的にモニタリングしたい場面が存在します．しかしながら，測定対象の生体の体重が軽い場合，センシングデバイスに大容量の電池を搭載することが容易でない場合があり，また有線での電源供給は生体の動きを妨げてしまい好ましくありません．これらの問題を解決する手法として，本研究では，昆虫やネズミなどの生体の動きを妨げることなく生体デバイスに電源供給を行える無線電力伝送システムを考えています．
本研究では，共振器の特性解析をしたのち，生体への適合性を考慮した受電器の設計を行いました．
生体が動くことを考慮して，送電する側の共振器については三次元的に無指向な磁界を発生する設計を行いました．
また，生体への取り付けを考えて，コイルの実装はフレキシブル基板上に行い，銀ナノ粒子インクジェット技術を利用して折り曲げ可能なコイルを作成することで装着時の生体への負担を軽減しました．
このコイルを用いることで，生体に許容されるマイクロ波被曝量の推奨値を下回りながらもラットに取り付けたセンシングデバイスに対して50mWの電力を供給することが可能です．
In this research, we focus on versatile wireless power transmission technology for health and biomedical applications. In various fields of life science, there is a need of monitoring the physiological information of not only human beings but also animals and insects continuously for a long time. However, to operate monitoring devices with a big battery or with wired power transmission is often unreasonable when we equip the devices with small animals or insects. To solve these problems, wireless power transfer is one of the reasonable solutions so that the animal, for instance, rat, bat, etc., can move freely.
In order to realize this, we divide our work into several steps. First, we conduct characteristic analysis on different sorts of resonators to investigate the merits and demerits of each type of resonator with different scality parameters. Second, we focus on both transmission coils and receiving coils for biomedical scenarios. As for the transmission coils, we proposed designing transmission resoantor to generate a 3D uniformly distributed EM field. As for the receiving coils, we fabircated the receiver on a flexible board considering the deployment of the device, for which we used instant inkjet method to make the receiver. With our proposed receiver, we can supply 50 micro watts of electric power for a monitoring device on a rat moving two-dimensionally while satisfying the radiation exposure limits.
【参考文献】
Y. Kawahara et al., “lnstant lnkjet Circuits: Lab-based Inkjet Printing to Support Rapid Prototyping of UbiComp Devices,” The 2013 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing, pp.363-372, 2013.
W. Wei et al., “Characteristic Analysis of Double Spiral Resonator for Wireless Power Transmission,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol . 62, Issue 1, pp.411-419, 2014.