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指から文字がどんどん出てくる:2日目

指輪型で問題になるのはなんといっても電源確保でしょう。いわゆるエナジーハーベスティングです。

貯蔵には電気二重層キャパシタを使うことになるでしょうが、耐圧3Vなら1Fぐらいまで詰め込める可能性はあります。が、Vccに直接ぶらさげるとある電圧幅でしか使えないので、自由に使えるのはせいぜい1Jぐらいです。これは例えばAVRをフルスピードで1分ぐらい動かせるエネルギーです。通信にせよ・センシングにせよmsオーダでやって他はスリープさせるので、実際の使用で1日分ぐらいは持たせることができるということになります。(キャパシタの漏れ電流を考えなければ)

となると問題は1日あるいは1時間ぐらいの時間平均をとったときの、発電と消費の収支に移ります。前者が後者を上回るなら本当にどこからともなくエネルギーを取り出しているように見えます。もちろん、この指輪は給電されているデバイスに近づけて使うのだから、そこで無線給電して充電するのは問題なさそうなのですが、あまり他のデバイスに依存すると単なるRFIDのようになってしまいます。できればジェスチャーやその他のインタラクションの可能性も残しておきたいのです。

指輪型に加工するのは簡単ではないし測定も困難になるので、実装を探る上では発電と消費を切り離して評価して、どのぐらいの電流が継続的に使えるか調べることになります。

発電側

ソーラー

とりあえずソーラーだろう、ということで共立で買ったフレキシブル太陽電池を使ってます。ノーブランドと書いてありますが、多分元はPowerFilmの製品っぽい感じです。

MP3-25を広げて普段の環境(夜,蛍光灯)で測ったところ、開放で2.3V、短絡で13μAでした。悲観的に直線のIV特性を仮定して、2Vとりだすとすると、2μAぐらいということになります。実際にはもっと小さいものを指輪の外周に巻きつけることになるのでこれはかなり厳しい値です。日中は太陽光も入ってくるので、平均すればもっと取れるかもしれませんが、その場合漏れ電流との戦いになるでしょう。

圧電

これまで、指輪というと他のウェアラブルデバイスに比べて不利な点しか無いなーと思っていたのですが、物を持つ時にわりと強い力がかかることに気づきました。たとえば内側と外側を同心円上に分割して隙間を開けると、物を持つときにそのふたつのリング間に力が発生するのが分かります。

どうやって力を変換するかというのは難しいところなのですが、とりあえずLEDを付けた圧電素子を指に貼りつけてしばらく過ごしてみたところ、わりと頻繁に光るのでこれでいけるかもしれません。ただスパイク状の高電圧は取り扱いにくいので、LTC3588を発注して届くのを待ってるところです。(余談ですが、LEDは普通数mAかけて使うので気にしないかもしれませんが、今時の高輝度LEDなら数10μAでも光っているのがわかります。)

消費側

これはMCUと通信で間欠的に必要となるもの+漏れということになります。とりあえずAVRを使うことにしたのですが、これは外部割り込みでしか起きない深いスリープだと0.1μA以下に抑えられるので、稼動時間を短くすれば大丈夫です。むしろ問題なのは通信の方で、通信の開始を何らかの方法で検出する必要があって、これがかなり難しい。

今のところ、赤外線リモコンのモジュールを使って、たまにビーコンをチェックする方法で7μAぐらいです。これは全然許容できないのでなんとかする必要があります。それにこれは前回の分類の2が不完全(接触検出が固定デバイス側でしかできない)のも気になります。