大象传媒

システム情報系　嶋村 耕平　助教

　电気自动车の开発が进んでいますが、いちばんのネックはバッテリーの重量です。走行距离を延ばすには大きなバッテリーを积む必要がありますが、そうなると重量が増し、値段もはります。かといって电気コードを引きずって走るわけにもいきません。そこで期待されているのが、ワイヤレス给电です。これは、2007年にマサチューセッツ工科大学の研究チームが磁界共鸣型ワイヤレス电力伝送装置を初めて実现したことで、一気にブレークしました。たとえば、道路に给电装置であるコイルを埋め込み、その上を走る车の中で电流を発生させるという仕组みです。スマホのワイヤレス充电器も、小规模ながら、この磁界共鸣方式を用いています。

　それに対して、电波を飞ばしてそれを电気に変える方式もあります。电磁诱导や磁界共鸣方式に比べ、远距离のワイヤレス送电が可能となります。しかも、飞ばす电波の周波数が高いほど、电波はレーザーポインターのように直进するため、ピンポイントでの送电が可能になります。移动通信の世界では、次世代通信「５Ｇ」への高速化が検讨されています。そうなれば、携帯通信の速度は现在の100倍以上となり、100骋贬锄を超える周波数帯域幅が新たに确保されることになりそうです。

　それはまだ近未来の話ですが、嶋村さんの研究室では、将来を見越し、世界で初めて、100GHzより高い周波数帯でのワイヤレス給電に使用可能な受信回路を開発しました。それは、アンテナ(Antenna)と、交流の電波を直流に変える整流回路(Rectifier)が一体化したもので、両者の名前の一部を取ってレクテナ(Rectenna)と呼ばれています。さらには、福井大学遠赤外領域開発研究センターが開発した、100GHz以上の大電力マイクロ波送電が可能なジャイロトロンを用いて３メートルの距離でのワイヤレス給電実験を行い、303GHzでのワイヤレス給電に成功しました。しかも、レクテナ回路の面積当たりの直流出力電力（レクテナ電力密度）に関しては現時点での世界最大値を記録しました。これまでの電波によるワイヤレス給電の研究では、従来の通信マイクロ波帯(数100 MHz?5.8GHz)における研究例がほとんどでした。それは、実用化の問題によるものですが、周波数を上げるにつれてレクテナ回路の効率が低下することが知られており、100 GHzを超える実験は難しいとされていたこともあります。したがって嶋村さんたちの成果は、固定観念を打ち破ったことになります。実験に用いたジャイロトロンは、核融合技術の一環として開発が進められているマイクロ波（電磁波）発生装置で、いうなれば巨大な電子レンジです。

　嶋村さんの当面の目标は、ドローンへのワイヤレス给电です。既存のバッテリー方式では、飞行时间が限られてしまいますが、ワイヤレス给电ならばいつまでも飞び続けることができます。これができれば、空飞ぶタクシーも梦ではありません。さらには、飞行机やロケットを燃料なしで飞ばすことも可能になるかもしれません。ロケットは、たとえばマイクロ波でプラズマエンジンを燃焼させる方式が考えられます。稀有壮大な计画ですが、ロケットに装着したレクテナを追尾する技术も研究し、小规模ながらロケットの打ち上げ実験もしています。筑波大には、レクテナ回路を製造する微细加工装置があるほか、プラズマ研究センターには小型のジャイロトロンもあります。そのほか、関连分野の研究者との连携がとりやすい环境があります。

　嶋村さんは、飞行机やロケットを飞ばす技术への兴味から研究をスタートさせました。そこから守备范囲をどんどん広げてきたのです。趣味も多彩で、研究室の书棚には、高山植物や鸟类学の本なども并んでいます。山登りに凝った时期があり、そこから植物や野鸟、さらには俳句にまで兴味が広がったといいます。研究室の学生は１２名で、それぞれのテーマも多様です。学生指导に役立つかと思い、野球コーチングの本も読破したとか。凝り性で多趣味という性格を强みに、挑戦的な研究を开拓中です。

ワイヤレス给电によるドローンの飞行実験。

文責：広報室 サイエンスコミュニケーター

関连リンク