第34回
ユビキタスなエネルギー

 今,ユビキタス(Ubiquitous)が時代のキーワードになっている.ユビキタスとは,「どこにでもある」ということを意味する形容詞であり,ユビキタスが意味するところはユビキタスな物やサービスが素晴らしいということでもある.

 目下のところ,いちばん注目を集めているユビキタスな物といえば,非接触ICタグであろう.1mm角以下のチップに128ビット程度のユニークなIDを記録し,それを近くにあるリーダから無線で読み取る仕掛け,つまりRFIDである.

 理論もはっきりしていて,電波でICを動作させるための電力を送り,それを使って逆に情報を電波で送り返す仕組みである.電子工学系のエンジニアなら,原理的に可能なことは理解できるのだが,実現するのはそう簡単ではない.今のところ,この1mm角以下のRFIDは,単体では動作するために必要な電力を獲得できず,数cmの外部アンテナを接続して初めて情報交換が可能になる.そのため,この種の技術のエッセンスは,ICチップとアンテナの接続技術だったりする.

 この例を見るまでもなく,ユビキタスな物は動作するための電力を獲得することが最大の問題になることが多いのである.

空間はエネルギーで満ちている

 ユビキタスなIT機器は徹底的に低消費電力でなければならないから,動作に必要な電力も相当に小さくしなければならないのは当たり前である.たとえばソーラー電卓は,10平方センチメートル程度の太陽電池で蛍光灯程度の明るさでも計算してくれるが,この太陽電池の発電量は蛍光灯下では1mW程度のものである.そこまで大きくなくても,μWオーダの電力なら意外と簡単に手に入るのである.

 たとえば,ゼーベック効果により,金属接合に温度差を与えることで電力が発生する.これは熱電対の動作原理でもあるが,問題は温度差がどこにあるかである.もし,人が身につけるものであれば,体温と外気温の差をエネルギーとして取り出すことができる.効率はおそろしく低いのだが,人間が食べた食料を電力に変換しているとも考えられる.

 ものは試しで,実験室に転がっていたペルチェ冷却素子の片面を手に貼り付けてテスタで出力を計ってみたら40mV,40μA,つまり1.6μWの電力が連続して出ていることがわかった.したがって,理屈の上ではユビキタスなウェアなどというものが作れることになる.

ユビキタスなエネルギーは密度が低い

 このように,エネルギーはいたるところに存在する.まさしくユビキタスなエネルギーである.しかし,ユビキタスなエネルギーは密度が低い.密度がいちばん高いと思われる太陽光エネルギーでも,取り出せるのは1平方メートルあたりたかだか100Wである.これを大きいと見ることもできるが,バッテリやガソリンといったパッケージ型エネルギーと比べると相当に密度が低いのである.

 たとえば,100馬力のエンジンで走る自動車を考えてみよう.巡航時出力を25馬力とし,それで時速100kmで1時間,つまり100km走行するのに10?のガソリンを使うとする.これはリッターあたり10kmだから普通の感覚である.

 電気屋は馬力という単位に慣れていないが,1馬力は約0.75kWに換算される.つまり,小型自動車のエンジンは10?で25馬力×0.75×1時間動くということになり,約19kWhのエネルギーを発生していることになる.このエネルギーを単一電池(1.5V 1Ah)に換算すると12,666個分というとんでもない量になる.単一電池1本を100円としても120万円以上となり,いかにガソリンのエネルギーが安く,密度が高いかがわかる.ちなみに19kWhの電力料金は約380円であり,10?のガソリン代1,000円とオーダが同じである.電気も石油から作られているということの証でもある.

 ところで,25馬力相当の電力を太陽電池で発生させるには,どのくらいの面積が必要になるのだろうか.1平方メートルで100Wとするならば,190平方メートル,つまり13m×13mという自動車としては非現実的な面積の太陽電池が必要になる.かりに効率が2倍に上がってもまだ9m×9mの面積が必要だから,どんなにがんばっても実用となるソーラーカーはできないと断言してよい.

生命体というユビキタスエネルギー変換システム

 生命体は,どこにでもある食料を勝手に食べてエネルギーを獲得しているのだから,本質的にユビキタスエネルギーを前提にしていることになる.動物は食料を消化してブドウ糖に変換し,血液を媒体として全身に配送する.つまり,血液を使って発電する仕組みができれば,人間と一体化して電力供給のいらない情報システムができることになる.現実に,燃料電池はそれに近い仕組みである.もし,血液を燃料として使う燃料電池ができたなら,それに血管を接続すると人間が食事をするとコンピュータが動きだすということが可能になる.これで一度体内に埋め込むと,生きている限り動き続けるユビキタスな情報機器ができることになる.

 たしかに,映画「MATRIX」の世界はそんな世界である.

やまもと・つよし

北海道大学大学院工学研究科電子情報工学専攻

計算機情報通信工学講座 超集積計算システム工学分野


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移り気な情報工学 第62回 地震をきっかけにリアルタイム・システム再考

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移り気な情報工学
第62回  地震をきっかけにリアルタイム・システム再考
第61回  海を渡って卵を産む北京の「海亀族」
第60回  超遠距離通信とソフトウェア無線
第59回  IT先進国フィンランドの計画性
第58回  物理的に正しいITの環境対応
第57回  年金,e-チケットに見るディジタル時代の情報原本
第56回  「着るコンピュータ」から「進化した布地」へ
第55回  技術を楽しむネットの文化
第54回  情報爆発2.0
第53回  プログラミングの現場感覚
第52回  GPS+LBS(Location Based Service)がおもしろい
第51回  技術の格差社会
第50回  フィンランドに見る,高齢化社会を支える技術
第49回  たかが技術倫理,されど技術倫理
第48回  若者の理科離れ,2007年問題から「浮遊」せよ
第47回  機械のためのWWW――Google Maps APIから考える
第46回 網羅と完備で考えるユビキタスの視点 ―― u-Japan構想
第45回 青年よ,ITを志してくれ
第44回 Looking Glassに見るデスクトップの次世代化
第43回 CMSはブログに終わらない
第42回 二つの2010年問題
第41回 持続型技術――サスティナブル・テクノロジ
第40回 ICカード付き携帯電話が作る新しい文化
第39回 ユーザビリティの視点
第38回 性善説と性悪説で考えるRFID
第37回 時代間通信アーキテクチャ
第36回 ITもの作りの原点
第35回 ビットの化石
第34回 ユビキタスなエネルギー
第33回 ロゼッタストーンとWWW
第32回 情報家電のリテラシー
第31回 草の根グリッドの心理学
第30回 自分自身を語るオブジェクト指向「物」
第29回 電子キットから始まるエレクトロニクス
第28回 映画に見る,できそうでできないIT
第27回 ITも歴史を学ぶ時代
第26回 1テラバイトで作る完全なる記憶
第25回 日本はそんなにIT環境の悪い国なのか
第24回 10年後にも生きている技術の法則
第23回 ITなギズモ
第22回 ブロードバンドネットワークに関する三つの質問

Engineering Life in Silicon Valley
第93回 「だれでも参加できるシリコン・バレー」はどうなる
第92回 チャレンジするためにシリコン・バレーへ 対談編
第91回 テクノロジと教育学の融合
第90回 日本でシリコン・バレーを伝える活動
第89回 営業からベンチャ企業設立までの道のり(第二部)
第88回 営業からベンチャ企業設立までの道のり(第一部)
第87回 エンジニアを相手にビジネスを展開するプロ第三部
第86回 エンジニアを相手にビジネスを展開するプロ第二部
第85回 エンジニアを相手にビジネスを展開するプロ第一部
第84回 出会いには不向きのシリコンバレー
第83回 めざせIPO!
第82回 シリコンバレーでの人脈作り
第81回 フリー・エンジニアという仕事(第三部)
第80回 フリー・エンジニアという仕事(第二部)
第79回 フリー・エンジニアという仕事(第一部)
第78回 インドに流れ出るシリコンバレーエンジニアの仕事
第77回 エンジニア達の健康管理・健康への努力(第二部)
第76回 エンジニア達の健康管理・なぜエンジニア達は太る?(第一部)
第75回 ユーザーインターフェースのスペシャリスト(第二部)
第74回 ユーザーインターフェースのスペシャリスト(第一部)
第73回 放浪の旅を経てエンジニアに……
第72回 凄腕女性エンジニアリングマネージャ(第二部)
第71回 凄腕女性エンジニアリングマネージャ(第一部)
第70回 ビジネススキルを修行しながらエンジニアを続ける
第69回 専門分野の第一線で活躍するエンジニア
第68回 シリコンバレーに夫婦で出向(第二部)
第67回 シリコンバレーに夫婦で出向(第一部)
第66回 目に見えないシリコンバレーの成功要因
第65回 起業・独立のステップ
第64回 インターネットバブルの前と後の比較
第63回 日本でシリコンバレースタートアップを体験する(第四部)
第62回 日本でシリコンバレースタートアップを体験する(第三部)
第61回 日本でシリコンバレースタートアップを体験する(第二部)
第60回 日本でシリコンバレースタートアップを体験する(第一部)

電脳事情にし・ひがし
第14回 韓国インターネット社会の光と陰

第13回 ドイツのソフトウェア産業とヨーロッパ気質〜優秀なソフトウェア技術者は現代のマイスター
第12回 開発現場から見た,最新ロシアВоронежのソフトウェア開発事情
第11回 新しい組み込みチップはCaliforniaから ―― SuperHやPowerPCは駆逐されるか ――
第10回  昔懐かしい秋葉原の雰囲気 ── 取り壊し予定の台北の電脳街 ──
第9回 あえて台湾で製造するPCサーバ――新漢電脳製青龍刀の切れ味
第8回 日本がだめなら国外があるか――台湾で中小企業を経営する人
第7回 ベトナムとタイのコンピュータ事情
第6回 ヨーロッパ/ポルトガルのエンジニア事情〜インターネット通信〜
第5回 ヨーロッパ/ポルトガルのエンジニア事情〜ポルトガルのプチ秋葉原でハードウェア作り〜
第4回 ヨーロッパ/ポルトガルでのエンジニア事情〜市場と就職編〜
第3回 タイ王国でハードウェア設計・開発会社を立ち上げる
第2回 国内外に見る研究学園都市とハイテク産業の集中化…中国編(下)
第1回 国内外に見る研究学園都市とハイテク産業の集中化…中国編(上)

フリーソフトウェア徹底活用講座
第24回 Intel386およびAMD x86-64オプション
第23回 これまでの補足とIntel386およびAMD x86-64オプション
第22回 静的単一代入形式による最適化
第21回 GCC2.95から追加変更のあったオプションの補足と検証(その9)
第20回 GCC2.95から追加変更のあったオプションの補足と検証(その8)
第19回 GCC2.95から追加変更のあったオプションの補足と検証(その7)
第18回 GCC2.95から追加変更のあったオプションの補足と検証(その6)
第17回 GCC2.95から追加変更のあったオプションの補足と検証(その5)
第16回 GCC2.95から追加変更のあったオプションの補足と検証(その4)
第15回 GCCにおけるマルチスレッドへの対応
第14回 GCC2.95から追加変更のあったオプションの補足と検証(その3)
第13回 続々・GCC2.95から追加変更のあったオプションの補足と検証
第12回 続・GCC2.95から追加変更のあったオプションの補足と検証
第11回 GCC2.95から追加変更のあったオプションの補足と検証
第10回 続・C99規格についての説明と検証
第9回 C99規格についての説明と検証
第8回 C言語におけるGCCの拡張機能(3)
第7回 C言語におけるGCCの拡張機能(2)
第6回 GCCのインストールとC言語におけるGCCの拡張機能
第5回 続・C言語をコンパイルする際に指定するオプション
第4回 C言語をコンパイルする際に指定するオプション
第3回 GCCのC言語最適化以外のオプション
第2回 GCCの最適化オプション ――Cとアセンブラの比較
第1回 GCCの最適化オプション

フジワラヒロタツの現場検証
第72回 現場検証,最後の挨拶
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