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PRESS RELEASE （技術）

2015年3月25日
株式会社富士通研究所

業界初！変形自在で電池交換不要なビーコンを開発

薄型軽量、メンテナンス不要で設置運用の手間を軽減

開発の背景

多種多様なデバイスやセンサーがネットワークにつながるIoT(Internet of Things)システムを支える技術として、現在、Bluetooth Low Energy（注3）の通信規格を採用した省電力のビーコンが注目を集めています。スマートフォンと簡単に通信できるため、コイン型電池などで駆動する小型なビーコンを地下や建屋内に設置して人やモノの位置情報を取得する、IoTシステムの実証実験が始まっています。

ビーコンの適用範囲を広げるためには、電池交換の手間を減らし運用を省力化することや、設置しても外観を損なわず小型薄型であり、どんな場所にも設置できるよう形状に自由度を持たせることが重要です。落下しても壊れず安全で、どんな形状にも対応できる小さく薄く柔らかい電池交換不要なビーコンが求められています。

課題

無線通信モジュールは一般に、電源投入後、通信するまでの起動時に比較的大きな電力を消費するため、発電電力の小さい太陽電池などを用いる場合、電力を一度蓄電素子に蓄えます。起動に必要な電力が得られていることをモニタし、十分な場合にそれを一気に使用して通信モードに移行する電源制御の仕組みが必要になります。

この実現のため、従来は電源監視回路を内蔵した電源ICと二次電池などの比較的大きな蓄電素子を使用していました。電源監視の遷移動作に必要な電力も、蓄電素子の容量に頼っていました。しかしながら、電源ICや二次電池といった部品は、厚みや占有面積が回路全体の大きさを支配し、形状を自由に変えることはできませんでした。

開発した技術

今回、電源ICや二次電池などの蓄電素子を用いず、電源監視を低電力で動作させる電源制御技術を開発しました。本技術をビーコンに適用することで、占有面積の小さい薄型部品を組み合わせて電源制御が実現できます。太陽電池とともに伸縮可能な薄膜シリコーンシートへ実装することで、電池交換が不要で、かつ柔軟性、薄膜性を失わず、曲げて設置することが可能なビーコンを実現しました。

開発した、電源監視を低電力で動作させる電源制御技術の特長は以下のとおりです。

今回、大きな電力を必要とする無線通信モジュールの通信直前時に、必要な電力が蓄えられたことを認識した後で一時的に電源監視を停止する電源制御技術を開発しました(図1)。これにより、電源監視の遷移動作に必要な通信直前の電力を削減することができるため、無線通信モジュールの起動に必要な電力を太陽電池に接続した小さな蓄電素子で供給することが可能になります。蓄電素子は、従来技術を使用した場合と比較して約9分の1の大きさで実現でき、従来の二次電池など比較的大きな蓄電素子が不要になりました(図1(b))。

通信直前の消費電力を削減することで、電力使用時の電圧変動も軽減でき、従来必要だった電源ICを不要にしました。

通信直前に一時的に電源監視を停止する仕組みは、スイッチなどの小型部品で構成でき、従来の電源ICや二次電池などの大きな蓄電素子も不要となるため、部品占有面積を従来の約6分の1に低減することができます。部品点数も少ないため、薄膜太陽電池とともに薄型シートへ実装しても、柔軟性、薄膜性を維持することができます。

効果

開発した電源制御技術をビーコンへ適用し、富士通アドバンストテクノロジ株式会社（注4）が開発した伸縮可能なシリコーンベースの薄膜シートに実装することで、厚さ2.5ミリメートル、重さ3gの薄型軽量ビーコンを実現しました(図2)。

本シートは、曲げだけではなく伸びに対しても耐性を持つため、曲面への設置だけではなく、服や人の腕など形が変形する対象への装着も可能になります。

本技術を用いて開発したビーコンを用いることで、スマートフォンやタブレットなどと連携して地下や屋内で人の居場所のエリア把握や機器のリアルタイムな場所検知を実現する際に、半年から一年の単位で必要だった電池交換作業の手間を削減することができます。また、柔軟性、薄膜性を持つため、天井と蛍光灯の隙間や電球の表面など、従来、設置が困難であった場所への取り付けも可能です。

今後

富士通研究所は、開発したビーコンの安定動作や連続稼働などの検証を実際の現場で行い、2016年度中の実用化を目指します。今回開発した技術により、人やモノの情報を繋げるIoTの利用シーン拡大に貢献していきます。

商標について

記載されている製品名などの固有名詞は、各社の商標または登録商標です。

注釈

注1 株式会社富士通研究所：

本社 神奈川県川崎市、代表取締役社長 佐相秀幸。

注2 ビーコン：

自身の存在や位置を伝えるためにIDや場に応じた必要な情報を配信する仕組みや装置。

注3 Bluetooth Low Energy：

Bluetooth 4.0規格の一部として策定された近距離無線通信技術Bluetoothの拡張仕様の一つ。2.4GHz帯の電波を用い、極低電力で通信が可能とされる。

注4 富士通アドバンストテクノロジ株式会社：

本社 神奈川県川崎市、代表取締役社長 大畑 道信。

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