フラウンホーファー研究機構 (Fraunhofer Cluster of Excellence) 認知インターネット技術 CCIT の研究者らは、大型構造物の定期点検の必要性を減らす取り組みとして、IoT 技術を活用して、設置時よりもネジが緩んでいることを検出すると自動的に警告を送信するスマートな自己発電型ネジを開発した。
橋梁、風力タービン、クレーン、足場、さらにはジェットコースターといった構造物では、最初の設置時にどれだけネジを締めても、微妙な動きや度重なる温度変化にさらされるため、ネジが徐々に緩んでしまうリスクは常に存在します。そのため、ネジやその他の部品に摩耗、緩み、あるいは完全に外れている兆候がないか、定期的な点検が必要です。
遊園地では、毎朝、巨大なジェットコースターに登って点検を行い、緩んでいないか確認するチームを雇用しています。これは、悲劇を二度と起こさないための高額な予防措置ですが、残念ながら、必ずしも適切な予算が確保されているわけではありません。全米各地で橋が崩壊しているのがその証拠です。今年初めにピッツバーグで発生した橋の崩落は、ジェットコースターが原因ではありませんでしたが、この事故は構造物の安全性を定期的に監視することの重要性を証明しています。しかし、もしこれらの構造物が自己監視できたらどうなるでしょうか？
スマートスクリューコネクションと呼ばれるこのハードウェアには、機械的な力が加わると電気抵抗を発生するピエゾ抵抗性の薄膜を含んだワッシャーがあらかじめ取り付けられています。この場合、ネジが締め付けられると、ヘッド内のセンサーが3つの異なるポイントでプリロード力を測定し、時間の経過とともにネジが緩んで薄膜にかかる圧力が低下すると、電気抵抗の変化を検知して警告信号を発します。
ネジの頭部には無線モジュールも搭載されており、例えば風力タービンの底部など、数キロメートル離れた場所に設置可能な基地局に無線信号を送信できます。これは、使用されているMIoTy無線プロトコルが少量のデータを長距離送信できる能力を備えているためです。1つの基地局で10万本以上のスマートネジを監視し、収集したデータを簡単にインターネット経由で共有できます。つまり、地球上の誰もが、定期的に設置されているネジの締め付け具合を確認することなく、構造物の状態を監視できるということです。これにより、メンテナンスコストが削減されるだけでなく、問題が検知されたらすぐに対処できるようになります。
しかし、スマートデバイスには電力が必要です。いずれバッテリー交換が必要になるネジで橋全体を建設したい人はいません。そこで研究者たちは、エネルギーハーベスティング、具体的には熱電効果に注目しました。これにより、ネジの頭と周囲の環境との温度差を利用して、ネジに無期限に電力を供給するのに十分な電力を生成することができます。これは、Matrix PowerWatchのような電子機器に電力を供給するのと同じ原理であり、実績のある技術です。しかし、今回のケースでは、単に時刻を表示したり消費カロリーをカウントしたりするだけでなく、重要なインフラが常に安全に利用できるようにするために、人命を救うという用途でこの技術が活用されます。
