画期的な後方散乱センサーシステムは低消費電力と長距離を両立
アラン・ボイル著
ワシントン大学の研究者たちは、超低電力センサーをワイヤレスで監視できる無線後方散乱システムの開発に長年取り組んでおり、現在では1マイル以上離れた場所から信号を拾えるようにシステムを微調整した。
この技術は、バイタルサインを追跡し、データを送信して即座に医療分析できる「スマート」コンタクトレンズや皮膚パッチの開発につながる可能性があると研究者らは述べている。
それだけではありません。長距離後方散乱センサーは、モノのインターネットにまったく新しい領域を切り開く可能性があります。
「洗濯洗剤、ペーパータオル、コーヒーカップといった日用品にコネクティビティを組み込むという話は何年も前からありましたが、問題はそれを実現するにはコストと消費電力がかかることです」と、Jeeva Wirelessの最高技術責任者であるVamsi Talla氏は本日、ワシントン大学のニュースリリースで述べています。「これは、あらゆるデバイスに非常に低コストでコネクティビティを組み込むことができる初のワイヤレスシステムです。」
タラ氏と他のワシントン大学の研究者らによって設立された Jeeva Wireless は、今後数か月以内にこの技術を商用化することを目指している。
センサー自体は10～20セントで、必要な電力はごくわずかです。フレキシブルプリント電池や周囲の無線信号から電力を供給できます。センサーは、信号発信器から発信された信号を反射し、受信機で受信することでデータをエンコードします。
課題は、かなりの距離にわたって信号を確実に読み取る方法を見つけることでした。
反射された変調は非常に微弱であるため、他の無線信号の背景ノイズの中で検出するのは困難です。距離が長くなると、検出はさらに困難になります。例えば、ワシントン大学チームが以前開発したスマートコンタクトレンズの検出範囲はわずか3フィート（約90cm）でした。
この課題を解決するため、ワシントン大学の研究チームはチャープ拡散スペクトルと呼ばれる新しい変調方式を採用しました。反射信号は複数の周波数に拡散され、長距離でも感度が大幅に向上しました。さらに、干渉をキャンセルし、複数のデバイスによるスペクトルの共有を容易にする技術的な工夫も加えました。
長距離（LoRa）バックスキャッターシステムは、センサーを信号源と受信機の間のどこに設置しても、最大475メートル（3/10マイル）の距離からセンサーの信号を確実にデコードできます。また、センサーを信号源のすぐ近くに設置した場合、受信機は最大2.8キロメートル（1.7マイル）離れた場所からデータを受信できます。
研究者らは、1エーカーの農場、3,800平方フィートの家屋、および13,000平方フィートのオフィススペースでコンタクトレンズと皮膚パッチのテストに成功したと述べた。
ウィスコンシン大学ポール・G・アレン・コンピュータサイエンス・エンジニアリング学部の准教授、シャム・ゴラコタ氏は、センサーメーカーは低電力デバイスと長距離通信機能の間でトレードオフを迫られていると語った。
「現在、私たちは両方を提供できることを実証しました。これは、さまざまな業界やアプリケーションにとって非常に大きな変革をもたらすでしょう」とゴラコタ氏は語った。
研究者たちは、今週ハワイで開催されるUbiComp 2017カンファレンスで、この技術に関する論文を発表します。論文の著者には、タラ氏とゴラコタ氏に加え、メフルダッド・ヘッサー氏、ブライス・ケロッグ氏、アリ・ナジャフィ氏、ジョシュア・スミス氏も名を連ねています。
