特 集 自立型 MEMS センサネットワークを活用した省エネルギーの取り組み─1「グリーンセンサネットワークプロジェクト」の伊藤 寿浩
取り組みと課題
前田龍太郎（独）産業技術総合研究所

無線センサ端末，センサネットワーク，超低消費電力，自立電源，高集積 MEMS

1．はじめにフレキシブルコイル
電流センサ

2011 年 3 月に東日本を襲った大震災とそれに続く原子力発電所の停止により我が国のエネルギー政策は大きく変MI 素子化した。全体の省エネルギーもさることながら，ピーク電電流・磁界センサ

力の平準化やエネルギーマネージメントが重要な課題とな

発電コイル

MR 素子

MR 素子

マイクロファン
LEDった。これまでにセンサネットワークがエネルギーマネー

塵埃センサジメントに有力なツールとして導入され始めているが，予PD
トリガーセンサ

期されたほどの普及は見られていない。その理由として
は，センサ（端末）の大きさやコスト，設置（配線）工事

ガス透過膜 イオン液体負担があげられる。センサ（端末）の無線化も試みられて

CO2 センサ

きたが，電池を内蔵して無線端末化する場合，現状のセン電極

VOC 濃度センサ

ポリマー
VOC ガスサや送信技術では電力消費が多く，電池交換などのメンテ加熱ナンスが必要であるなどの欠点を有していた。
ガス吸着

以上の背景から技術研究組合 NMEMS 技術研究機構（理センシング

ガス離脱分解赤外線 サーモバイル型赤外線センサ

事長 今仲行一）は 2011 年 7 月より NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）共同研究事業において「グリーンセンサ・ネットワークシステム技術開発プロジェク

マイクロミラート」（2011 年度〜 2014 年度）に着手した。本研究組合のこれまでにない特色は，センサの開発メーカだけでなく，

図1

赤外線アレーセンサ

グリーン MEMS センサの開発ユーザである空調施工メーカや，コンビニエンスストア，有力電力会社，データ通信大手など 20 社以上が参画してを開発している（図 1）。そして，すべてのセンサの共通いることである。ここでは普及型無線センサ端末，すなわ仕様として，大きさを 20 × 50 mm 以下，平均消費電力

ち ばらまける 端末で構成されたセンサネットワークを100 µW 以下を設定している。

実現するため，無線通信機能，自立電源機能および超低消費電力機能の搭載を実現する革新的センサの開発を行い，3．無線通信機能および自立電源機能を搭載したグリーンセンサ端末の開発

さらにセンサネットワークの導入による，環境計測やエネルギー消費量などの把握（見える化）およびエネルギー消各種電子機器，空調機器，さらに製造装置や配電盤など費量の制御（最適化）を可能にするような省エネ実証を行に特別な追加工事を伴うことなく設置できる，グリーンうことを目的としている。

MEMS センサ，超低消費電力無線通信機能及び自立電源

2．グリーン MEMS センサの開発
当プロジェクトではグリーンセンサネットワークを構成機能を搭載した以下の仕様を備えたグリーンセンサ端末を開発している（図 2）。
●

するグリーンセンサ端末に搭載するセンサ（ グリーンよび計測データを無線で通信する機能を備えた 3 mm

MEMS センサ ）として，電流・磁界（電力量）センサ，
塵 埃 量・ガス（CO2，VOC）濃度（空調・換気用）センサ，赤外線アレー（人数・動作・環境温度検知用）センサ
204© 2013 The Institute of Electrical Engineers of Japan.

MEMS センサからの信号を収集・処理する機能，お角の端末本体部チップを開発●

温度 5 〜 35℃，室内照明下などの実証実験で設定する環境下で，グリーンセンサ端末に必要な電力供給とし
IEEJ Journal, Vol.133 No.4, 2013

自立型 MEMS センサネットワークを活用した省エネルギーの取り組み─1「グリーンセンサネットワークプロジェクト」の取り組みと課題て，平均出力 150 µW 以上の電力供給が可能な発電・蓄的として，少なくとも 310 〜 322 MHz と 900 MHz 帯の電一体型デバイスを開発●

また，端末以外にも，無線通信の低消費電力化などを目MEMS センサ部，端末本体部チップ，発電・蓄電一二つの周波数帯が同時受信可能であり，同時接続端末体型デバイスを含めたグリーンセンサ端末の大きさを，1 000 以上，受信感度− 130 dBm 以下の受信機を開発し面積 20 × 50 mm 以下で開発ている。

4．グリーンセンサネットワークシステムの構築とグリーンセンサ端末

グリーン MEMS
センサ

グリーンセンサ端末

計測信号

グリーン MEMS センサ，グリーンセンサ端末および高デジタル情報MCU
符号
無線回路

センサ用アナログ
フロントエンド回路計測／信号処理
グリーンセンサ
端末機能集積化技術の開発

電源制御
端末エネルギーマネジメント回路

発電素子

グリーンセンサ
端末・システム
超低消費電力化
技術の開発

電極
シート
●
断面
P型ファイバ N型ファイバ
EDLC

超小型高効率ナ
ノファイバー構
造充電・給電変換
自立電源の開発

電磁コイル給電（フレキシブルクランプセンサ）

もに，店舗，製造現場およびオフィス環境などに適用できるシステムを開発している。例えば， スマートコンビ
ニ システム実現に向け，実用型無線センサ端末・システ
端末を試作して店舗へ実装し，1 年以上の連続モニタリン

高感度受信装置

実際に使用している 000MHz での状態グを実施する。そして，これに基づき，実用型端末を開発し，分析システムと組み合わせて，10% 以上の省エネにDSC

DC DCコンバータ無線
DC 等を実装した基板

感度受信機を用いたネットワークシステムを構築するととムの詳細仕様の抽出を行うため，まずプロトタイプセンサ

蓄電素子

自立電源

超小型高効率低照度環境用自立電源の開発実証実験

資するグリーンセンサネットワークシステムの構築を行う
超低消費電力無線通信技術の開発予定である（図 3）。

グリーンセンサ
コンセントレータの開発

5．おわりにWAN 接続
センサ端末
自動検出

遠隔管理
クラウド
自動接続

本プロジェクトの大きな特徴の一つは，システムの実証実験がセットになっていることであり，新規に開発されたグリーン MEMS センサが搭載されたプロトタイプグリー

図2

無線通信機能および自立電源機能を搭載した
グリーンセンサ端末の開発

ンセンサ端末・ネットワークシステムは 2013 年度末には実証現場に投入される予定である。

グリーンセンサ端末

スマートコンビニ

スマート製造ライン
スマートオフィス
無線センサ

分電盤

スマート植物工場

図3

スマート
精密部品工場スマート CR

グリーンセンサネットワークシステムの構築と実証

伊藤 寿浩

前田龍太郎

いとう・としひろ

まえだ・りゅうたろう

1994 年東京大学大学院工学系研究科博士課程修了。同年東京大学
先端科学技術研究センター助手，同講師，同助（准）教授を経て，2007 年産業技術総合研究所入所。2010 年より集積マイクロシステ
ム研究センター 副研究センター長，技術研究組合 NMEMS 技術研究機構 つくば研究センターセンター長。

1980 年 3 月東京大学大学院工学系研究課修士課程修了。同年 4 月
通商産業省工業技術院機械技術研究所入所。現在産業技術総合研究所集積マイクロシステム研究センター研究センター長，技術研究組
合 NMEMS 技術研究機構 グリーンセンサネットワーク研究所研究所長。

電学誌，133 巻 4 号，2013 年

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