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» 2016年07月21日 13時00分 UPDATE

蓄電・発電機器:“湿度の揺らぎ”を動力源とする環境発電技術、半永久駆動が可能に (1/2)

理化学研究所などによる研究グループは、通常の環境に存在する湿度の揺らぎをエネルギー源として半永久的に駆動する薄膜アクチュエーターを開発した。

[三島一孝,スマートジャパン]

 持続可能な社会を実現するためには、太陽光や風力、地熱などの自然エネルギーを利用可能なエネルギーに変換する再生可能エネルギー技術の開発が活発化している。一方で、ウェアラブル端末やモバイル機器、IoTデバイスなどの普及が進むにつれ、それぞれのデバイスに電力供給を行うのではなく、身の回りの未利用エネルギーを集めて活用可能とする「エナジーハーべスティング技術(環境発電技術)」の開発への期待が高まってきた。

 これらを背景に、理化学研究所(理研)創発物性科学研究センター創発ソフトマター機能研究グループの相田卓三氏(東京大学大学院工学系研究科教授)をグループディレクターとした研究グループは、わずかな湿度変化に応答し半永久的に動き続ける薄膜アクチュエーターを開発した。

 この薄膜は水分の吸着量に応じて屈伸するため、湿度変化に応じて屈伸運動を示す。今回開発した薄膜は、従来のものより少ない水分量で大きくかつ高速に屈伸運動を行うことが特徴だ。さらに、局所的な湿度変化を運動エネルギーに高効率で変換できるため、汎用の湿度計では感知できないほど小さな湿度変化にも応答するという(図1)。

photo 図1 研究グループが開発した薄膜の温度変化に応答した屈伸運動。湿度が高くなると、高分子薄膜は裏側へと向かって伸びていき(図の右から左へ)、湿度が低くなっていくと薄膜は表側へ向かって丸まっていく(図の左から右へ) 出典:理研

一方向に歩き続ける薄膜アクチュエーター

 さらに、研究グループは、薄膜の一部に金を蒸着することで、水滴の周りに起こる湿度の揺らぎを駆動力にし、一方向に歩き続けるアクチュエーターの開発にも成功した(図2)。高分子薄膜の一部に金を蒸着することによって、水の吸脱着を起こさない場所を作製する。すると湿度の揺らぎに対して同じ屈伸運動を繰り返し一方向に自律的に歩き続けるという仕組みである。

photo 図2 水滴の周りに起こる湿度の揺らぎによって自律的に歩き続ける薄膜アクチュエーター 出典:理研
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