携帯電話を充電するために、コンセントにケーブルをつなぐ。そんな繰り返しにうんざりしてはいないだろうか。ワイヤレス充電器はクールだが、電波を飛ばせる距離が短いため、携帯電話をプレートに載せなければならない。これではコンセントにつなぐのと大差ない。また、近くのWi-Fiからデヴァイスを充電できると謳う技術もあるが、まだ十分な電力を供給できない。

そんななか、この問題を解決できるかもしれないアイデアが発表された。ワシントン大学の電気工学研究者のグループによると、レーザーを使えば充電にまつわる問題を解決できる可能性があるという。

このアイデアをまとめた論文の筆頭執筆者であるヴィクラム・アイヤーは、「レーザー受光器を内蔵した携帯電話ケースをつくれば、レーザーを使った充電システムを構築できます」と述べる（彼の所属する研究室はバッテリーが不要な携帯電話を開発したことで有名だ）。

「もっと小さくて格好よく、洗練された装置にしたほうがいいかもしれませんが、Wi-Fiルーターのような独立した機器にできる可能性があります」とアイヤーは語る。そうなれば、部屋のどこに携帯電話が置かれていても、この装置が携帯電話を見つけ出し、ケースの光電池に向けてレーザー光線を照射するようになる。レーザー光線による充電は、太陽電池と同じような仕組みで行われるが、レーザー光線は近赤外スペクトルの範囲になるように調整されている。

ただし、ちょっとした問題がある。部屋の隅に、あなたの眼に悪影響のあるレーザー照射装置を置かねばならないということだ。ハッキングされてしまったら大変なことになるだろう。

レーザーを利用して充電するというアイデアは、ほかにも存在する。例えば衛星やドローンのような機器にレーザー光線を発射して充電するシステムや、宇宙で太陽光発電を行ってその電力を地球に送ったりするシステムも構想されてきた。だが当然ながら、こうしたシステムは、ダイニングテーブルで使われるようなものではない。

2つのレーザーを併用する

そこでワシントン大学のチームは、ユーザーの安全を守るための仕組みを考案した。これはなかなかクールな仕組みだ。

研究チームは、小指の爪ほどの大きさしかない受光器に、およそ1ワットの電力を供給できるようにしたいと考えた。これくらいの電力があれば、携帯電話を充電するには十分だ。それには、1平方センチメートル当たり4.3ワットの電力を供給できる近赤外線レーザー光線を照射すればいい。

だが、このレーザー光線は人間には見えず、10マイクロ秒未満でも人間の眼に当たれば目が傷つけられてしまう。それほどスピードが速いのだ。そこで、レーザー光線の通り道に人間がいることを発見したら、照射を止めてすべての動作を停止し、人間を傷つけないようにする方法が必要となる。

この問題を解決したのも、やはりレーザーだった。その仕組みとは、充電用のレーザー光線のほかに、人の目を傷つけたり皮膚に火傷を負わせたりすることのない低出力のレーザー光線を利用するというものだ。

研究チームは、携帯電話ケースの光電池の周りに、再帰反射器（3枚の平面の板を互いに直角に組み合わせ、立方体の頂点型にした「コーナーキューブ」）を取り付けた。平面的な鏡は入ってきた光を同じ角度で反対方向に跳ね返すが、再帰反射器は光が入ってきた方向と同じ方向に跳ね返す。「自転車や道路標識に取り付けられている反射板と同じ原理です」とアイヤルは述べる。

この反射器に向けて低出力のレーザー光線を照射すると、光線が跳ね返され、強力な充電用レーザー光線の外側を囲むようにして無害な光の束がつくられる。この光の束が何かに遮られると、照射装置はそれを感知して充電用レーザー光線の照射を停止する。

光の束が遮られたことを感知するスピードは、光の速度と同じだ。このため、ユーザーの手が光の束を突き抜けて充電用レーザー光線に触れてしまうことはまずない。研究チームが人間に可能な最も速い動作を調べたところ、プロ野球のピッチャーが投球時に腕を振る動きだった。「腕の最高速度は秒速およそ44m。その速度を超えると、関節が壊れ始めてしまいます」とアイヤルは言う。

研究チームは、再帰反射器がつくり出す光の束が充電用レーザー光線からどのくらい離れていれば、人間が光の束に当たったときに照射を止め、近赤外線レーザーが人間に当たらないようにできるかを計算した。その結果は、およそ10cmだった。

超音波によるレーザー制御

唯一残った問題は、デススターを爆破しようとしたレッド中隊のようなレーザー銃を撃つ人たちを悩ませてきた問題だ。すなわち、標的を正確に狙うことである。

この問題の解決策は、レーザーではなく超音波だった。研究チームは、充電する携帯電話のケースから、人間の耳では聞き取れない周波数の音が数回鳴るようにしたのである。

レーザー照射装置が付属のマイクで音を聞き取ると、この音が到達した時間に基づいて、携帯電話のおおよその位置を割り出す。それから、低出力の光の束を反射器に向けて照射するのだ。この光の束が戻ってくれば、レーザー光線の通り道に誰もいないと判断し、近赤外線レーザーの出力を上げて充電を始める。

ただし、このようなシステムが近いうちに発売されることはなさそうだ。「すべては学術的な取り組みとして始まったものです」とアイヤーは述べたうえで、「どのような商業的用途があるかを判断してから特許を取得し、開発やライセンス提供の方法を検討していくつもりです」と語ってくれた。

「わたしたちが携帯電話の充電に狙いを定めた理由は、極めて一般的な用途であるにもかかわらず、ワイヤレスで行う適切な手段がなかったからです」。レーザーを使った携帯充電は、基礎研究の素敵な副産物だったのだ。