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| 圖8 無線傳感器節(jié)點(diǎn)亮相 日本精工（SII）于2010年9月發(fā)布了無線傳感器節(jié)點(diǎn)“Mr. Shoene”，使用該公司自主的特定低功率無線技術(shù)。除功耗低外，還具有無指向性特點(diǎn)，因而即使有障礙物信號可以繞過。 |
這種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)意本身并無新意，但不用電池的設(shè)計(jì)將大大擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。例如，從美國麻省理工學(xué)院（MIT）獨(dú)立出去的美國Voltree Power LLC公司，接受了美國農(nóng)業(yè)部的委托，在加州的山林等地構(gòu)筑了溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)（注6）。
注6：電源的發(fā)電部采用了MIT開發(fā)的利用樹根部與其周圍產(chǎn)生的50～200mV左右的電位差技術(shù)。
該網(wǎng)絡(luò)的目的是檢測森林火災(zāi)以減少損失。在充分權(quán)衡了火災(zāi)造成的損失以及相關(guān)人員、設(shè)備與物資的支出，和建立與運(yùn)營無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成本后，認(rèn)為建立該網(wǎng)絡(luò)是合適的選擇。
最近，另一個(gè)引人矚目的應(yīng)用是狀態(tài)監(jiān)測。將傳感器裝設(shè)在建筑物與橋梁等構(gòu)造體上，以觀測其狀態(tài)的變化。并可根據(jù)數(shù)值的變化時(shí)間及變化量判斷構(gòu)造體的壽命，還可用得到的數(shù)據(jù)作參考，對其進(jìn)行維護(hù)和部件更換。
狀態(tài)監(jiān)測在馬達(dá)與引擎等領(lǐng)域會有很高的需求。在汽車上，要驅(qū)動(dòng)檢測各部件狀況的傳感器，就要敷設(shè)大量的連接線。如果代之以可充分利用引擎與馬達(dá)的熱及振動(dòng)能量的無線傳感器，則可大幅削減連接線。
同樣，作為狀態(tài)監(jiān)測，還可用于管理人和動(dòng)物健康狀況的生命紀(jì)錄器。如果用在飼養(yǎng)的家畜或野生動(dòng)物身上，則除位置信息外，還可獲得體溫與脈博等數(shù)據(jù)。并且，如果進(jìn)一步利用動(dòng)物體溫能源，還可省去更換電池的麻煩。
將形成任何人都可使用的環(huán)境
如果以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的普及為契機(jī)，使公眾對能量采集技術(shù)的認(rèn)知度得以提高，今后便可能會開拓出各種各樣的應(yīng)用。而對開拓能量采集應(yīng)用的企業(yè)而言，現(xiàn)在已可輕松到手低功耗周邊電路部件可以說是一個(gè)很大的進(jìn)步。
發(fā)電元件方面，已有美國的AdaptivEnergy LLC以及英國Perpetuum公司生產(chǎn)的許多制品可供使用。至于無線部分，已經(jīng)進(jìn)行了用戶即使沒有高頻電波的專業(yè)知識也可以使用的模塊化。將要量產(chǎn)使用GainSpan的無線收發(fā)器IC的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊的阿爾卑斯電器電氣表示“已接到30多家公司的垂詢”。
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日本“落后10年”
能量采集應(yīng)用的氣氛雖如此熱烈，但日本企業(yè)在該業(yè)界的地位極之薄弱卻令人擔(dān)憂。事實(shí)上，上面所介紹的事例都是海外廠商所為。深知能量采集業(yè)界詳情的竹內(nèi)敬治（NTT數(shù)據(jù)經(jīng)營研究所社會及環(huán)境戰(zhàn)略咨詢本部資深專家）就指出，“日本已比歐美國家落后10年”。
之所以在實(shí)用化上被海外廠商遠(yuǎn)遠(yuǎn)拉在后面，其原因是日本企業(yè)過分執(zhí)著于“發(fā)電”。日本有很多公司從多年前就開始開發(fā)發(fā)電元件，其研究開發(fā)的重點(diǎn)是提高發(fā)電能力。另一方面，也是將其與提高周邊電路特性有效結(jié)合作為努力方向的歐美企業(yè)，搶先開拓市場的結(jié)果。
然而，近來情況已在發(fā)生變化。日本也有瞄準(zhǔn)了商業(yè)目標(biāo)的舉動(dòng)。其象征是“能量采集協(xié)會（Energy Harvesting Consortium）”的成立。該協(xié)會于2010年5月由13個(gè)公司發(fā)起成立（表2）。之后又有8家公司加盟。該組織在不斷收集信息，并已開始在會員公司之間交換意見。（未完待續(xù) 記者 久米秀尚）
從頻率可看出各公司的目標(biāo)
日本公司終于開始從發(fā)電能力的競爭逐步轉(zhuǎn)向產(chǎn)品的制造。例如，在振動(dòng)發(fā)電領(lǐng)域可以見到有意制成最終產(chǎn)品的日本企業(yè)的行動(dòng)。歐姆龍、三洋電機(jī)和村田制作所三公司，開發(fā)了用途有很強(qiáng)的方向性的試制機(jī)（圖9，注7）。
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| 圖9 頻帶表明了各個(gè)企業(yè)的目標(biāo) 圖中所示為振動(dòng)發(fā)電機(jī)的適用范圍。由于應(yīng)根據(jù)設(shè)想的應(yīng)用而優(yōu)化的目標(biāo)頻率可變，可看出各公司屬意的不同目標(biāo)。 （圖依歐姆龍、三洋電機(jī)及村田制作所的數(shù)據(jù)制作） |
注7：三公司開發(fā)的是利用了稱為“駐極體”材料的振動(dòng)發(fā)電機(jī)。其原理是，當(dāng)兩個(gè)電極的對抗面積因振動(dòng)而變化時(shí)，其相應(yīng)的感應(yīng)電荷會發(fā)生變化，從而可以產(chǎn)生電流。
振動(dòng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電量，與頻率及振動(dòng)器的振幅成正比。如兩者均擴(kuò)大，則可以輕易提高發(fā)電量。但因振動(dòng)發(fā)電機(jī)的特性，需要使其能與某種頻率發(fā)生共振的微調(diào)，所以使發(fā)電機(jī)與目標(biāo)用途的固有振動(dòng)頻率相吻合是不可缺少的。
因此，仔細(xì)審視所發(fā)布試制機(jī)的振動(dòng)參數(shù)，就可以洞見各公司所瞄準(zhǔn)的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，三洋電機(jī)因“設(shè)想用于人類佩帶使用”，所以設(shè)定頻率為2Hz（注8）。村田制作所設(shè)定的頻率為10Hz～20Hz，“為商用電源50Hz/60Hz頻率的數(shù)分之一領(lǐng)域，該領(lǐng)域的振動(dòng)源很多，因此判斷其適用范圍很廣”。而歐姆龍則認(rèn)為“工廠、汽車、橋梁等振動(dòng)多在30Hz左右”。
注8：三洋電機(jī)還在開發(fā)外形尺寸大至23mm×42mm×6mm，發(fā)電量提高到120μW的試制機(jī)。
歐姆龍有“將視可開展業(yè)務(wù)的規(guī)模情況，于2011年投入產(chǎn)品”(該公司技術(shù)本部核心技術(shù)中心主任土居仁）的計(jì)劃。據(jù)稱，該公司已將開發(fā)的立足點(diǎn)從提高發(fā)電量轉(zhuǎn)向了確?？煽啃?。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用時(shí)，因要求“plug and forget”，即安裝后至少五年內(nèi)可以不需要照料，所以確?？煽慷瘸蔀榉浅Ｖ匾囊蛩?。
專利的困擾
在實(shí)用化時(shí)，要留意相關(guān)專利。能量采集已有基本的專利存在，已有在從相關(guān)業(yè)務(wù)時(shí)，需要留意專利的呼聲。擁有專利的是EnOcean公司（注9）。該公司僅已明確的，就擁有18件有關(guān)能量采集的專利。
注9：EnOcean公司曾是Siemens公司研究部門的一部分，1995年就開始了能量采集的研究。2001年作為風(fēng)險(xiǎn)投資公司獨(dú)立時(shí)，以EnOcean公司19%的股份為代價(jià)，從Siemens公司受讓了所有相關(guān)專利。
其中，被認(rèn)為最強(qiáng)的專利為國際專利“WO 98/36395”（圖10）。其內(nèi)容的使用范圍非常廣。這項(xiàng)專利已經(jīng)在德國、美國與中國等一些國家生效。1998年該專利曾在日本申請，但專利審查沒有通過，因此沒有生效。EnOcean對此判決不服，于2008年提出了重新審查的申請。
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| 圖10 EnOcean擁有的專利 一般認(rèn)為“使用能量采集技術(shù)獲得的電力，無線傳送所收集的數(shù)據(jù)”的專利內(nèi)容，其適用范圍非常廣泛。 |
“我們的設(shè)備不會有專利問題吧”——某制造商不安地說。該廠商有在2011年初上市采用能量采集技術(shù)設(shè)備的計(jì)劃。“我們的生意是行銷產(chǎn)品，而不是專利訴訟”，EnOcean公司CEO Markus Brehler雖有此言，但當(dāng)產(chǎn)品要擴(kuò)大銷售至海外是，還是有必要考慮到專利的問題。（記者 久米秀尚）
