大阪大学産業科学研究所の春日貴章氏らの研究グループは、「土に返る」IoT機器を開発した。
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大阪大学産業科学研究所の春日貴章氏(大学院工学研究科博士後期課程学生)と同大学教授の能木雅也氏らの研究グループは2019年12月5日、「土に返る」IoT(モノのインターネット)機器の開発に成功したと発表した。
土の中で微生物などの働きによって分解され、1カ月程度で土に返る。IoT機器をわざと分解させて、自然のサイクルと調和させれば、環境負荷を抑えられる。春日氏らの研究グループは、回収が困難な地域でも、環境負荷をかけずにきめ細かく情報を収集できるようになるとしている。
同研究グループは、湿度情報を無線で発信する機能を備えたIoT機器を、木材由来の透明な紙「ナノペーパー」、金属、石ころ(鉱物)で作った。具体的には、ナノペーパーを、IoT機器の基板や情報収集用の湿度センサー、情報発信用のコンデンサー誘電層に利用した。これによって、土の中で総体積の95%以上が分解するIoT機器を開発できた。
同研究グループは、今回の成果は紙を利用した分解性IoT機器のプロトタイプを実証したもので、今後さらに性能を高めれば、生活を彩る植物や花のようにどこにでも設置でき、自然のサイクルと調和した環境モニタリングが可能になるとしている。
セルロースナノファイバーは、木材などを原料とする非常に細い繊維。水に溶かした(※注)分散液を乾燥させると、セルロースナノファイバーが隙間なく積み重なって、光を散乱させないナノペーパーができる。
※編集注:セルロースは水に溶けないので、正確には水に「分散」させた分散液
ナノペーパーは透明で、熱を加えてもガラス並みに伸び縮みせず、表面が平滑だという特性を持つ。この特性は電子回路の基板として優れており、紙本来の軽さと柔軟性、生分解性も併せ持っている。こうしたナノペーパーの特性を生かして、能木氏らの研究グループでは、これまでナノペーパーを基板として用いたペーパーメモリやペーパートランジスタなどを開発してきた。
ただし、メモリやトランジスタといった電子部品にとどまらず、機器を、紙の良さである生分解性を損なわずに構成するには、紙の電子部品同士を組み合わせて回路を作る必要がある。
そこで春日氏らの研究グループは今回、ナノペーパーをコンデンサーの誘電層として評価した。するとナノペーパーは、PET(ポリエチレンテレフタラート)やポリイミドなどの一般的なポリマー材料と比べて3倍以上の性能と、優れた積層性を備えることが分かった。さらに、ナノペーパーを誘電層に使用すると、湿度に応じてコンデンサーの性能が変化することが分かった。つまり、湿度センサーとして応用できる。
そこで、印刷/塗布プロセスのみによって、コイルと抵抗、ナノペーパーコンデンサーをナノペーパー基板上に実装したところ、湿度の変化に応じて無線信号が変化するナノペーパーIoT機器を作製できた。
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