電力をまったく消費せずに何年も眠り続けるセンサーが、事象が起きたときだけ目覚めて信号を送る

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通常の電力や太陽光発電などが使えるところで、常時電源onのカメラを設置することは容易だが、自然の奥地とか地下などの特殊な環境では、電力を一滴も無駄にしたくない。そこでこのほどDARPAで開発された新しいタイプのセンサーは、検知すべき事象が実際に起きるまでは、電力をまったく消費しない。だから、電池を充電しなくても、何年でも現場に放置できる。

このようなセンサーは、廃炉になった原発の深くて長いトンネルの中とか、山奥の廃鉱などに設置すると、電源供給の苦労が要らない。そしてそこに何かが起きたら、直ちにそれを表すデータが送信される。それまでの電力消費量は、ほとんどゼロだ。そこでDARPAはこれを、Near Zero Power RF and Sensor Operation(所要電力がゼロに近いRFおよびセンサーの運用)と呼んでいる。

この難しい要求に、ノースイースタン大学のエンジニアたちが取り組んだ。彼らは自分たちの仕事を、“plasmonically-enhanced micromechanical photoswitch” (プラズモンで強化される微小機械用光スイッチ)と呼んでいる…その技術のすべてを言い表しているね…ぼくの記事はここで終わってもいいぐらいだ。でも、昔教室で居眠りをしていた読者のために、説明の努力をしてみよう。

このセンサーは、赤外線の光波を検出する。赤外線は、目には見えないけど、人体、車、火など、熱のあるところから大量に発生している。しかしそのセンサーは、赤外線が存在しないときは完全に電源がoffになっている。

しかし赤外線が現れたら、センサーのカバーに当たって増幅される。プラズモンは伝導性素材の特殊な振る舞いだが、この場合は赤外線に反応して素材を熱する〔==赤外線が増幅される〕のだ。

エレメントの加熱によって閉じたギャップ(下左)。

“赤外線のエネルギーがセンサーの感知成分を加熱し、それによりセンサーの主要部位に物理的な動きを起こす”、DARPAのプログラムマネージャーTroy Olssonがブログにそう書いている。“これらの動きによって、それまで開(あ)いていた回路成分が閉じ、赤外線が検出されたことが信号される”。

井戸のパドルにようなものだ、と考えてみよう。それは、何年も何もせずにそこにあるが、誰かが井戸に石を投げ込んだら、石がパドルに当たり、回転してクランクを回す。クランクは紐を引っ張り、井戸のオーナーに知らせるための旗を揚げる。ただし、Olssonの説明は、もっとややこしい。

“この技術には複数の感知成分があり、それぞれが特定の波長の赤外線を吸収する。それらが複雑な論理回路を構成し、赤外線のスペクトルを分析できる。そのためこのセンサーは単に環境中の赤外線エネルギーを検出するだけでなく、その発生源(火、車、人、その他)を特定できる”。

“長年、人が維持作業などをせずに放置されているセンサーが、めったにないけど重要な事象を検知できる”、と研究者たちは書いている。たしかに、セキュリティ以外にも用途はたくさんあるだろう。たとえば森じゅうにこのセンサーをはりめぐらしたら、動物の群(むれ)の移動をモニタできるだろう。宇宙では、非常にまれな現象を捉えるかもね。

この技術を説明しているペーパーは、今日(米国時間9/11)発行されるNature Nanotechnologyに載っている。

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(翻訳:iwatani(a.k.a. hiwa))