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デジ・ステーション


5分でわかる最新キーワード解説
「歩行発電」ってなんだ?!

日々進歩するIT技術は、ともすると取り残されてしまいそうな勢いで進化の速度を高めています。そこでキーマンズネット編集部がお届けするのが「5分でわかる最新キーワード解説」。このコーナーを読めば、最新IT事情がスラスラ読み解けるようになることうけあい。忙しいアナタもサラっと読めてタメになる、そんなコーナーを目指します。今回のテーマは「歩行発電」。モバイル機器は歩きながら充電するのが当たり前の時代がやってくる?!

1.「歩行発電」とは?

歩行発電とは、人間が歩くときに発生する運動エネルギーを電気エネルギーに高効率で変換するための技術のことで、歩くだけでいつでもどこでも発電することができる。歩行発電はNTT環境エネルギー研究所で開発が進められていて、同研究所では図1に示すようなシステムの完成を目指し研究を行っている。

歩行発電では、靴底の「つま先」と「かかと」の下にそれぞれ流体(今回の試作機では石鹸水)が入ったタンクを取り付け、これにタービンと発電機を接続する。この靴を履いて歩くと、歩行時の重心移動により、「つま先」と「かかと」の下のタンクが交互に踏み付けられる。その結果、タンクの中の流体が移動してタービンを回し、発電が行われるという仕組みになっている。

図1 歩行発電のしくみ

(資料提供:NTT)


この発電の様子をもう少し詳しく説明すると、「かかと」に重心が乗ると、その真下にあるタンクに圧力がかかりタンク内の流体が移動し、タービンが回転する。次に、「つま先」に重心が乗ると、今度はその真下にあるタンクに圧力がかかり、さきほどとは反対向きにタービンが回転する。従って、歩行動作を繰り返すことでこの現象が交互に発生し、その結果、この試作機では平均1.2Wの交流の電力を発生させることができる。直流を得るにはこの発電出力に整流回路を付加してあげればよい。写真2の試作機の写真では、整流回路をつけることでLEDが点灯する様子を示している。

写真1 歩行発電の試作機 写真2 歩行発電によりLEDが点灯する様子

(資料提供:NTT)

(資料提供:NTT)

2.「歩行発電」の開発がスタートした背景

歩行発電の開発がスタートしたのは今からおよそ2年前のこと。最初から歩行発電にターゲットを絞っていたわけではなく、その開発目的は、ユビキタス社会の到来に備えて、モバイル機器に対する電力をいかに供給していくかというものであった。現在モバイル機器の電力は一次電池あるいは二次電池でまかなわれているが、電力についてもユビキタス(いつでもどこでも)に供給する必要が将来出てくるという発想から今回のプロジェクトが始まった。プロジェクトの初期段階では、現在捨てられている、あるいは利用されていないクリーンなエネルギー(人間の運動、振動、音、熱など)がいろいろ検討されたが、たとえば発電床などにも応用されている圧電素子(ピエゾ素子とも呼ばれている素子で、圧電体が持っている圧電効果を利用して力を電圧に変換したり、電圧を力に変換したりすることができる)を利用した方法や、ペルチェ素子(電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するというペルチェ効果を利用した素子)を利用した温度差発電などの方法ではユビキタスサービスの需要に応えるだけの電力を得ることは難しかった。もっと大きな電力量を確保できる別の方法を模索し続け、その結果、タービンを使った歩行発電に行き着いたのである。

開発のポイントはタービンにあり!

歩行発電を実現する上で一番難しいのは全ての部品を小型化して靴の中に内蔵させることである。特にタービンの小型化は難しい。今回の試作機では縦50mm、横50mm、高さ19mmのタービンの開発に成功したが、靴底に組み込むためにはさらに小さくする必要がある。しかし、タービンを小さくすると、相対的にタービンの羽根(ベーン)と外周との間の隙間の精度が問題になってくる。この隙間を大きく取り過ぎると液体がすり抜けていく流量が大きくなり損失が増大し、逆に間隔を小さく取り過ぎるとベーンと外周との摩擦が大きくなりタービンが回りにくくなってしまうのである。また、試作したタービンは回転に合わせてベーンが出たり引っ込んだりする仕組みになっていることから、その加工精度も相当高いものを追及しなければならない。

3.「歩行発電」実用化への道のり

今回の試作機の発電量は、iPodなどの携帯音楽プレーヤーを歩きながら聴き続けることが可能な電気量であり、携帯電話なら通話に限定すれば、歩き疲れないかぎり、ずっと通話し続けることができる電気量である。しかし、最近のモバイル機器はGPS機能やワンセグチューナ機能、ゲーム機能の搭載など、より多くの機能が追加されるようになってきていることから、実用化を考えた場合には、現在の2倍以上の発電量を確保できるよう開発をさらに進めていく必要があると、NTTでは見ている。

一方、実用化に向けて残されている課題はタービンの小型化だけではない。たとえば、試作機では流体の移動摩擦を減らすために石鹸水を利用しているが、さらに歩行発電に最適な流体を見つけ出すことも必要だ。摩擦を減らすだけなら潤滑油のようなオイルを思い付くが、今度は粘性が問題になる。

さらに、靴底に取り付けるタンクの踏み心地も大きなテーマの1つだ。単純に考えれば、体重の重い人ほど、また靴底の厚さが厚いほど(つまりタンクが大きければ大きいほど)発電量を大きく取ることが可能になるが、その一方で、平地でも坂道を登っているような重い負荷を感じるようになり、決して履き心地がいいとは言えなくなってしまう。これは自転車でダイナモをONにするとペダルが重くなるのと同じ理屈だ。

このほか、靴底とモバイル機器の接続方法についても新しい手段(何らかのワイヤレス接続など)を研究する必要がある。

しかし、こうした課題は残されているにせよ、歩行発電は電力のユビキタスサービスを実現する上で大いに期待できる技術の1つであることには間違いない。これまで述べてきたモバイル機器への電力供給のほか、GPS、LEDライト、ヒーターなどの機能を搭載した次世代の機能性靴の電源に使うというアイデアも考えられている。外出先で携帯電話、音楽プレーヤー、デジカメなどのバッテリ切れを心配する必要がなくなる日は、意外にすぐにやってくるかもしれない。

取材協力 : NTT環境エネルギー研究所、NTT情報流通基盤総合研究所

掲載日:2009年4月 8日

キーマンズネット

出典元:株式会社リクルート キーマンズネット 2009年2月4日掲載分

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