京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

　西陣織をはじめとして装飾用の織物を織る際に、金糸･銀糸と呼ばれるアルミ等の金属を含んだ糸が数百年以上も前から使われています。そのような金属糸を織り込んだ導電性織物を用い、無線通信などに使用される高周波回路を構成することを提案します。織物を使った電子機器を構成することで、着られる／身に着けることのできる、いわゆるウェアラブルデバイスとなります。特長は曲げられることで、衣服の中に自然に組み入れることができます。なお、導電性をもつ布であれば、織物でも不織布でも構いません。電子機器の製作に日常の衣服と同様の素材を使用することが、IoT活用やボディエリアネットワークの可能性を広げます。

■研究の概要

メタマテリアルは、材料固有の特性だけでは実現困難である特異な電磁波伝搬を、波長に比べて小さなスケールの素子からなる人工構造体の構造設計により実現する設計技術です。実効屈折率が0の構造体を伝送線路共振器に用いると、共振周波数が共振器のサイズに依らない0次共振器を構成できることは、これまでにも良く知られていましたが、両端短絡（電気壁）の場合と、両端開放（磁気壁）の場合の2つのケースしか検討されていませんでした。私たちのグループでは、この2つのケースも含めて、複素共役な関係のリアクティブ素子対が両端に挿入された、より一般的な共振条件を見出しました。リアクティブ素子の値は任意に選ぶことができ、さらに連続的に変化させることで、2つの異なる共振状態を共存させ、しかも各共振部分に蓄えられるエネルギーの割合を自由に操作できることもわかりました。さらに私たちは、この０次共振器をアンテナに応用することにより、両端条件を操作するだけで、放射波の主偏波を所望の方向に回転制御できる指向性アンテナを提案しています。

■研究の概要

メタマテリアルとは、負の屈折、クローキング（透明マント）など、材料固有の特性だけでは実現困難である特異な電磁波伝搬を、波長に比べて小さなスケールの素子からなる人工構造体の構造設計により実現可能とする新しい研究分野です。私たちの研究グループでは、伝搬方向により伝送特性の異なる非相反回路と、このメタマテリアル技術とを組み合わせることにより、新しい概念として「非相反メタマテリアル」を提案しています。非相反メタマテリアルを用いると、電磁波の順方向伝搬に対して正の屈折率を示す一方で、逆方向伝搬に対して負の屈折率を示すことが可能となります。私たちはこの性質を用いて、さらに新電磁気現象の発現、新機能素子／デバイス・アンテナへの応用を目指しています。例えばこれまでに、共振周波数を固定したままで、共振器サイズを自由に変えられる進行波共振器、小型で高放射効率を実現するビーム走査アンテナ、さらにビーム走査だけでなく主偏波の回転制御可能なアンテナなど、比較的簡単な構成で、しかも少ないパラメータで制御可能なマイクロ波回路、高機能アンテナを提案しています。

■研究の概要

　動力伝達機構として用いられる機械要素の一つである歯車は、通常、ギヤボックス内で高速回転しているため、その状態を直接観測することは困難です。そのため、歯車対がかみ合う際の振動を計測・解析することで間接的に状態を観測することが行われてきました。しかしながら、機械の故障回避、適切なメンテナンス時期を判断するためには、歯車の"損傷の予兆を検知"することが重要であり、それを実現するためには歯車に直接状態量を監視するシステムを組み込む必要がありますが、市販されているひずみゲージ等のセンサを複雑な形状を有する歯車に貼付することは困難であり、また、高速回転する歯車からセンシングした値を取り出すことは簡単ではありません。
　そこで本研究では、複雑な形状を有する歯車等の機械要素の表面に、銀ナノ粒子を含有するインクを吹き付け、それを多軸のレーザー加工機によって焼結することで導電特性を持つ電気回路を印刷する技術を開発しました。この技術を利用して、歯車の状態、例えば、歯車歯元の応力を監視するセンサ、そしてセンサからの情報を無線で発信するためのアンテナを歯車の表面上に直接印刷することで、自らの状態を監視することが可能なスマートギヤの開発を行っています。

■研究の概要

　携帯電話の基地局には、多数の送信アンテナが実装されつつあります。一方、携帯端末では小型化や省電力化の観点から多数の受信アンテナを実装することが困難です。そこで、近傍にある少数受信アンテナの携帯端末や簡易中継局からそれぞれの受信信号波形データを共有することで、多数の送信アンテナから同時送信される空間分割多重信号を復号する分散共同干渉キャンセラを提案しています。このとき、受信信号波形データの共有は、近距離無線通信用のミリ波インタフェースを活用します。広帯域のミリ波帯を利用することで、スループットおよびデータ信頼性の向上が可能です。また、分散共同干渉キャンセラは閉ループ系の制御を必要としませんので、分散型のマルチユーザMIMO受信システムの複雑さを低減することができます。