マイクロ波エナジーハーベスティングによる環境モニタリングセンサの開発

三谷 友彦
(京都大学 生存圏研究所 助教) ※現職 准教授

2012年6月18日月曜日

「やさしい科学技術セミナー」の打ち合わせ

本日は、財団より中原様、小倉様に宇治キャンパスにお越し頂き、7/13(金)に開催される「やさしい科学技術セミナー」の打ち合わせを行いました。セミナーの紹介VTRが近々Youtubeにアップされると思いますので、宜しくお願い申し上げます。
今回、セミナーの紹介VTRを撮影いただくということで、その練習も兼ねて自作自演で研究紹介を作成してみました。是非ご覧頂ければと思います。

10 件のコメント:

  1. 自作自演のビデオ拝見しました。まさに“手品”のような実験入りのプロモーションビデオに見入りました。 7月13日は私も所用で京都へ行きますので、セミナーに参加させていただきます。楽しみです。宜しくお願いいたします。
    榛葉健一

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  2. ビデオをご覧下さり、ありがとうございました。前から研究プロモーション用(自分自身のプロモーション用も兼ねて)の動画が必要だと感じており、今回のセミナーが大変良いきっかけとなりました。
    今回の動画製作に関しては、「手品に見えるような科学」という私なりのコンセプトを元に、台本作りやビデオカメラ配置を考えております。(もちろん、素人がツバをつけた程度の完成度ですが。。。)

    今後とも宜しくお願い申し上げます。

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  3. 立命館宇治中学校 自然科学部2012年7月3日 17:24

    立命館宇治中学校 自然科学部一同
    7月13日にはお世話になります。ビデオを見させていただきました。私達からの質問をお伝えします。
    1,部屋に付いていたトゲトゲは何のためのものですか?また、そのトゲトゲは硬いのですか、それとも柔らかいのですか?
    2,マイクロ波は人体に害がありますか?あるとすれば、どのような害があるんですか?
    3.電子レンジに卵を入れると爆発するのは何故ですか?それはマイクロ波の影響なのですか?
    4,マイクロ波はどうやって作るのですか?
    5.マイクロ波で電気を送るとき、減ったりしませんか?
    当日でいいのでぜひ教えて下さい。

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  4. 国際科学技術財団の中原です。積極的な質問の投稿大歓迎です。どれも、なかなかいい質問だと思います。三谷先生には、これらの質問を踏まえた、講義内容にしていただく方向でお答えいただくのが、ベストではないか?と思います。
    当日も活発な質疑応答を、是非宜しくお願いいたします。
    私も、立場をわきまえず、思わず質問のための挙手をしそうな気がしております。
    三谷先生、宜しくお願いいたします。

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  5. 立命館宇治中学校 自然科学部一同様

    ご質問ありがとうございました。どれも大変すばらしい質問で感心しました。ご返答が遅くなりました。以下の通り回答申し上げます。

    1. 部屋に付いていたトゲトゲは「電波吸収体」と呼ばれるもので、その名の通り電波を吸収するためのものです。トゲトゲは固い材質(コンクリートのようなもの)もあれば、柔らかい材質(スポンジのゆおなもの)もありますが、ビデオの後ろの壁のものは柔らかいです。

    2. 結論から申し上げますと「過ぎたるは猶及ばざるが如し」です。要するに、電波の強度が強すぎれば当然のことながら影響があります。よって、電波の人体への影響に関する基準というものが各国で定められています。日本の場合、総務省から「電波防護のための基準(電波防護指針)」が策定されています。マイクロ波の場合、6分間平均で1cm平方あたりの電力密度が1mW以下と規定されています。
    我々が研究していますマイクロ波無線電力伝送も、この電波防護指針に則って運用することになりますので、現時点での科学的見解では人体に影響を及ぼさないということになります。

    電波防護指針の詳細については、以下の総務省のホームページをご覧下さい。
    http://www.tele.soumu.go.jp/j/sys/ele/body/protect/index.htm

    3. これはマイクロ波の特徴といえる現象ですね。マイクロ波は熱(遠赤外線)と比較して電波の波の長さ(波長)が1000倍~10000倍くらい長いのです。よって、マイクロ波は熱よりも物質の中まで届きやすくなります。しかも卵の場合は、殻よりも白身や黄身の方がマイクロ波を吸収しやすいので、卵の中身が急激に加熱ります。この結果、卵の中の圧力が急上昇し、殻が圧力に耐えられなくなって爆発します。熱の場合は、卵の中身の圧力が上がる前に白身が固まり始めるので、無事にゆで卵が出来上がります。

    4. 色々な方法がありますが、大きく分けると、(1)「半導体(半分導体みたいな材質)」と呼ばれる物質の中を移動する電子の量や速度を、マイクロ波の周期とあうようにコントロールする方法、(2)「真空容器」の中を移動する電子の量や速度を、マイクロ波の周期とあうようにコントロールする方法、があります。マイクロ波というのは、1秒間におよそ10億回~100億回振動する波です。この振動周期に電子の動きを合わせるのです。結構大変ですね。ちなみに、(1)の方法で作られるマイクロ波は携帯電話の中に入っており、(2)の方法で作られるマイクロ波は電子レンジの中に入っています。

    5. マイクロ波に限らず、電波が空間に飛び出すと広がる性質をもっています。「減る」というよりも「広がる」というイメージです。なので、広がった電波を拾い集めないと、電波はそのままどこかに飛んでいきます。これとは別に、電波は物体に吸収されますので、「減る」ということも起こりますが、マイクロ波程度までであれば空気中で電波が減る量はほとんどありません。マイクロ波より波の長さが短くなると、だんだん空気中に吸収されて電波が減っていきます。

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  6. 立命館宇治中学校 自然科学部2012年7月10日 16:26

    返信ありがとうございます。
    難しくてあまりわからない部分も少なくありません。
    特に4番は難しいという声もありました。
    3番の卵は比較的わかりやすくて面白かったです。
    13日を楽しみにしております。
    よろしくお願いします。

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    1. 4番は少し説明が難しかったですね。大変申し訳ございませんでした。

      例えば、ボール一個を右手で投げて左手で受け取り、次に左手で投げて右手で受け取る動作を想像して下さい。この動作が1秒間に1回できることを、1秒の周期と呼び、1Hzの周波数と呼びます。ちなみに(周期)×(周波数)=1です。
      マイクロ波の周波数というのは、この動作を1秒間におよそ10億回~100億回繰り返すことになります。この時、ボールの変わりが電子となり、両手の変わりが電圧(電気の力)となって電子を10億回~100億回往復させることができれば、マイクロ波を発生させることができます。

      少しは分かりやすくなったでしょうか?
      これ以外にも難しい説明がございましたら、ご遠慮なくご連絡下さい。

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  7. 立命館宇治中学校 自然科学部2012年7月17日 14:47

    13日は、ありがとうございました。
    とても楽しかったです。おかげで色々なことが学べました。
    先生がおっしゃった電子レンジの中に作ったダイオードをいれる実験を家や学校でやってみました。その結果は、場所によって光ったり光らなかったりしました。
    理由を皆で考えてみたところ、場所によってムラがあるんじゃないかという考えに至りました。だから逆に言うと、ターンテーブルが回ってムラが出ないようにしているんじゃないかと思いました。

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    1. 13日はご参加下さりありがとうございました。
      生徒の皆さんに楽しんで頂けたようで何よりです。

      早速電子レンジで実験されたのですね!
      理由は仰るとおり、電子レンジ箱内のマイクロ波分布は結構ムラができます。
      そのため、電子レンジではターンテーブルを回すことで
      ムラを少しでもなくするように工夫しています。

      また、色々と実験してみて下さい!

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  8. こんにちは、福岡在住の15歳、岡部勇大と申します。

    ワイヤレス送電の動画非常に興味深かったです。

    最終質問や動画の投稿日からかなり時間が経過していますので、返信がいただけるかわかりませんが、いくつか気になった点があったので、質問を残しておきます。

    一、携帯やテレビに使われている電波と、
    充電などに使われる電波はどの様に違うのでしょうか。

    携帯やテレビの電波から
    充電することは可能でしょうか。


    二、アイフォンの無線充電器を作りたいと、考えています。


    方法としては、
    コンセントに小さなマイクロ波を出す装置をつけ、

    アイフォンに充電用の小さなアンテナを取り付ける

    又は内臓アンテナから充電する。

    これは可能ですか?


    三、なぜ携帯のアンテナは内臓できるぐらい小さいのに、実験で使用されているアンテナはあんなに大きいのでしょうか。携帯に内臓できるぐらいに小型化できますでしょうか。


    四、実用化するための商品作りたいです。大型な国レベルの仕事でなくとも、アイフォンの充電きぐらなさいなら簡単に作れてしまいそうだと考えています。
    どう思いますか?

    五、ワイヤレス送電を家で実験したいのですが、何を買えばいいでしょうか。

    六、無線送電の会社を作りたいのですが、どう思いますか?


    以上です。
    お忙しいなか最後まで読んでくださりありがとうございます。

    返信まで時間がかかりますと、見てない可能性があります。

    恐縮ですが
    よければスマートフォンチャットのラインにご連絡していただけないかと考えています。

    ラインは若者が最近流行っているコミニケーションアプリです

    よければという感じです。

    岡部勇大ラインID
    okayuudainakokiro

    ありがとうございました。

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