JP2018181581A

JP2018181581A - 微生物発電応用装置

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Publication number: JP2018181581A
Application number: JP2017078890A
Authority: JP
Inventors: 英孝宮崎; Hidetaka Miyazaki
Original assignee: Simplex Quantum Inc
Current assignee: Simplex Quantum Inc
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】自然界に生息する無害な微生物が発生する電力を利用したデータ処理を通じて、エコロジー意識の啓発を図ることができる微生物発電応用装置の提供。【解決手段】有機物を摂取して電子を放出する微生物の生息環境を提供する微生物生息容器と、前記微生物生息容器内に設置され、微生物が放出する電子を収集して電流とする一対の電極と、前記一対の電極に発生する電流を電圧に変換し、さらに当該電圧の数値を示す信号である電圧信号として出力する電圧信号生成部とを有する微生物発電モジュールと、前記電圧信号を受信し、当該電圧信号に基づいて所定のデータ処理を実行するように構成されている情報処理モジュールとを備えている微生物発電応用装置。【選択図】図１

Description

本発明は、微生物発電応用装置に関する。

有機物を微生物に酸化分解させる際に得られる還元力を電気エネルギーとして取り出す微生物発電方式が知られている。微生物発電方式は、環境負荷も少なく、自然にやさしい発電方式として、廃水処理場、水田などに生息している微生物を利用した発電が試みられている他、例えば特許文献１に開示されているように、微生物を保持し電子供与体を含む原液が供給されるアノード室と、電子受容体が供給されるカソード室とを備える微生物発電装置としてモジュール化する試みがなされている。

特開２００９−１５２０９１号公報

しかしながら、特許文献１に例示されているような微生物発電装置、あるいは他の微生物発電応用例では、電気エネルギーとして実用的な電力を得るために、電極材料として白金等の非常に高価な材料が適用されるなど、現実的な発電コストに抑えることが非常に困難であるという問題がある。それと表裏の関係で、安価な電極材料を用いた場合には、十分な電力が得られないという問題があった。

またその一方で、微生物発電方式は、その発生電力はいまだ微弱であるものの、エコフレンドリーなエネルギーであるから、環境問題に興味を持たせるための題材として好適であると考えられる。しかし、取り出すことができる電力が小さいゆえに、環境問題学習用教材システム等として利用する試みも行われていない現状である。

本発明は、上記の及び他の課題を解決するためになされたもので、自然界に生息する無害な微生物が発生する電力を利用したデータ処理を通じて、エコロジー意識の啓発を図ることができる、微生物発電応用装置の提供を一つの目的としている。

上記の及び他の目的を達成するための、本発明の一態様は、
有機物を摂取して電子を放出する微生物の生息環境を提供する微生物生息容器と、前記微生物生息容器内に設置され、微生物が放出する電子を収集して電流とする一対の電極と、前記一対の電極に発生する電流を電圧に変換し、さらに当該電圧の数値を示す信号である電圧信号として出力する電圧信号生成部とを有する微生物発電モジュールと、
前記電圧信号を受信し、当該電圧信号に基づいて所定のデータ処理を実行するように構成されている情報処理モジュールと、
を備えている。前記情報処理モジュールにはゲームソフトウェアを実装し、当該ゲームソフトウェアによって実行されるゲームの制御用パラメータとして前記電圧信号を使用することができる。

本発明の他の態様は、有機物を摂取して電子を放出する微生物の生息環境を提供する微生物生息容器と、前記微生物生息容器内に設置され、微生物が放出する電子を収集して電流とする一対の電極と、前記一対の電極に発生する電流により所定の電荷が蓄積されたと判定した場合に、前記微生物の生育状態を表す指標としての状態信号を出力する動作を反復するように構成されている状態信号生成部とを有する微生物発電モジュールと、
前記状態信号を受信し、当該状態信号に基づいて所定のデータ処理を実行するように構成されている情報処理モジュールと、
を備えている。前記情報処理モジュールは、前記状態信号に基づいて前記微生物発電モジュールにおける発電状態を判定し、その判定結果を示す情報を出力するものとすることができる。

前記微生物生息容器には、有機物を供給するための植物を設けることができる。

本発明のさらに他の態様は、微生物発電応用装置であって、
植物生育用容器として形成されており、
当該植物生育用容器で生育される植物から供給される有機物を摂取して電子を放出する微生物の生息環境を提供し、前記微生物が放出する電子を収集して電流とする一対の電極と、前記一対の電極に発生する電流を電圧に変換し、さらに当該電圧の数値を示す信号である電圧信号として出力する電圧信号生成部と、
前記電圧信号を受信し、当該電圧信号に基づいて、あらかじめ前記電圧信号に対応付けて記録されている複数の出力データから所定のデータを選択し、当該データの出力処理を実行するように構成されている情報処理モジュールと、
を備えている。前記出力データは、表示用データ及び音声出力用データの少なくともいずれかであり、前記情報処理モジュールは、選択された表示用データ又は音声出力用データ、あるいはそれらのいずれもに基づいて出力処理を実行するように構成することができる。

本発明によれば、自然界に生息する無害な微生物が発生する電力を利用したデータ処理を通じて、エコロジー意識の啓発を図ることができる、微生物発電応用装置が提供される。

図１は、本発明の一実施形態に係る、微生物発電応用装置に適用される微生物発電モジュール１００の構成例を示す図である。図２は、電圧信号生成部１５０の構成例を示す図である。図３は、情報端末２００のハードウェア構成例を示す図である。図４は、本実施形態の情報端末２００及びゲームサーバ３００のソフトウェア構成例を示す図である。図５は、ゲーム記憶部３４０の構成例を示す図である。図６は、情報端末２００とゲームサーバ３００との間のデータ処理シーケンス例を示す図である。図７は、情報端末２００の表示画面例を示す図である。図８は、情報端末２００の表示画面例を示す図である。図９は、本発明の他の実施例による微生物発電モジュール１００の構成例を示す図である。図１０は、他の実施例の状態信号生成部１６０の構成例を示す図である。図１１は、他の実施例における情報端末２００のソフトウェア構成例を示す図である。図１２は、他の実施例における状態信号の概念を示す模式図である。図１３は、本発明のさらに他の実施例による、微生物発電を利用するプランター５００の概略全体構成例を示す図である。図１４は、プランター制御部５５０のハードウェア構成例を示す図である。図１５は、プランター制御部５５０のソフトウェア構成例を示す図である。図１６は、プランター制御部５５０によるデータ処理フロー例を示すフローチャートである。

以下、本発明につき、その一実施形態に即して図面を用いて説明する。

実施例１
微生物発電モジュール１００
まず、本発明の一実施例による微生物発電モジュール１００について説明する。微生物発電モジュール１００の構成例を、図１に示している。

微生物発電モジュール１００は、微生物が有機物を摂取することにより体内から放出する電子（ｅ⁻）を電極で収集して電流として取り出し、その電流を電圧に変換し、さらにその電圧値を示す信号である電圧信号として出力する機能を有する一種の発電モジュールである。微生物発電モジュール１００は、モジュール容器１１０、土壌１２０、アノード電極１３０、カソード電極１４０、及び電圧信号生成部１５０を備えている。

土壌１２０には植物Ｐが植え付けられており、土壌１２０内には植物Ｐの根Ｒが伸びている。

モジュール容器１１０は、土壌１２０が適量入れられる容器であり、土壌１２０内に設置されるアノード電極１３０、カソード電極１４０、及び土壌１２０に植えられる植物を保持する機能を有する。モジュール容器１１０は、ガラス、プラスチック等の適宜の材料で適宜の形状に形成することができる。モジュール容器１１０は、植物Ｐの生育に必要な光透過性を持たせるとともに、通気性を持たせる必要があるが、それらが確保される限り、取り扱いが容易となるように、半密閉構造としてもよい。土壌１２０の種類は、植え付ける植物Ｐの種類、土壌１２０中で繁殖させる微生物Ｂの種類に応じて決めればよく特に制約はない。また、植え付ける植物Ｐにも、特に制約はない。

微生物Ｂは、植物Ｐが行う光合成によって植物Ｐの根Ｒから土壌１２０中に放出される有機物を取り込んで電子を放出する機能を有するものであればよい。微生物Ｂとしては、例えばシュワネラ菌を利用することができる。

アノード電極１３０は、土壌１２０中に生息している微生物Ｂが放出する電子を収集する電極体であり、本実施例ではモジュール容器１１０の底部に設けられている。アノード電極１３０は、電極本体１３１と、導電支持体１３２とを有する。電極本体１３０は、例えばグラファイトカーボンフェルトに導電性ポリマーによるナノワイヤー構造を形成してなり、任意の形状に整形して用いることができる。あるいは、電極本体１３０は、例えばグラファイトカーボンフェルトに金属を巻きつけることにより形成し、また金属で挟み込むサンドイッチ状の構造に形成することもできる。

電極本体１３１の一端部には、適宜の導電材料で棒状に形成されている導電支持体１３２が固設されており、導電支持体１３２の電極本体１３１と反対側の端部は、土壌１２０から突出されていて、アノード電極１３０からの電子流（電流）取り出し部として用いられるとともに、電極本体１３１による電子収集の状態を変動させるために、微生物発電モジュール１００のユーザが電極本体１３１を外部から動かすためのハンドルとして使用することができる。

カソード電極１４０は、炭素、各種金属のような導電性を有する材料であればよく、図１の棒状の他、適宜の形状に形成して用いてよい。

本実施例の微生物発電では、植物Ｐの根Ｒから土壌１２０中に放出される有機物を摂取した微生物Ｂが電子を放出し、その電子はアノード電極１３０で収集される。アノード電極１３０に収集された電子は、適宜の導線Ｌを通じて電圧信号生成部１５０を経由してカソード電極１４０に到達し、土壌１２０中の水素イオン（Ｈ^＋）、空気中の酸素と反応して水を生成する。この水は、植物Ｐの生育に役立てられる。

上記の電子流と反対方向に、カソード電極１４０からアノード電極１３０に向けて電流が流れることになる。この電流は、電圧信号生成部１５０によりアナログ電圧値を経由してデジタル電圧信号に変換される。図２に電圧信号生成部１５０の構成例を示している。具体的には、例えば、まずカソード電極１４０からの電流を適宜のフィードバック抵抗１５２を接続したオペアンプ１５１の反転入力端子に入力し、アナログ電圧値に変換する。次いでそのアナログ電圧値をアナログ・デジタルコンバータ（ＡＤコンバータ）１５３によってアナログ電圧値に対応するデジタル電圧信号に変換する。本実施例では、電圧信号生成部１５０はさらにデジタル電圧信号（以下「電圧信号」）を情報端末２００へ転送するための通信インタフェース１５４を備えている。この通信インタフェース１５４は、例えばIEEE802.15.1規格（通常「Bluetooth（登録商標）」と呼ばれる。以下本明細書ではこの名称を用いる。）の近接通信用モジュール、ユニバーサルシリアルバス（USB）モジュール等とすることができる。なお、オペアンプ１５１、ＡＤコンバータ１５３の仕様、フィードバック抵抗１５２の定数は、カソード電極から得られる電流値に合わせて設定すればよい。また、電圧信号生成部１５０の構成は図２の例に限定されることなく、微小な電流を電圧信号に変換することができる他の回路構成によって実現してもよい。

以上の構成を有する微生物発電モジュール１００によれば、土壌１２０中で微生物Ｂが放出する電子を収集して得た電流を電圧信号に変換して情報端末２００へ転送することができるので、情報端末２００により微生物発電モジュール１００による発電量を随時モニタすることができる。また情報端末２００では、電圧信号をパラメータとする種々のデータ処理を実行することができる。

情報端末２００
次に、本実施例における情報端末２００について説明する。情報端末２００は、典型的にはスマートフォン、タブレットＰＣ等の携帯情報端末である。ただし、情報端末２００は、デスクトップＰＣ、ポータブルＰＣ等の通信機能を有する一般的なコンピュータであっても差し支えない。ここでは、一例として情報端末２００はスマートフォンであるとして説明する。情報端末２００は、微生物発電モジュール１００からの電圧信号を使用して、後述するゲームを実行する機能を有している。なお、微生物発電モジュール１００が発生する電流により、情報端末２００の駆動電源を充電するように構成することも可能である。この場合、微生物発電モジュール１００と情報端末２００の充電入力との間には、所要の充電仕様に適合する充電回路を備えることになる。

図３に、情報端末２００のハードウェア構成例を示している。情報端末２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などで構成されるプロセッサ２０１、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶デバイスで構成されている主記憶装置２０２、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、半導体ドライブ（ＳＳＤ）等の記憶デバイスで構成される補助記憶装置２０３、ボタン、タッチパネル等の入力装置２０４、液晶パネル、有機ＥＬパネル等で構成される出力装置２０５、外部装置と適宜の通信プロトコルで通信するための通信モジュールである通信インタフェース（通信ＩＦ）２０６を有している。

図４に、図３のハードウェア構成を有する本実施形態の情報端末２００のソフトウェア構成例を示している。情報端末２００の主記憶装置２０２には、データ入出力部２１０、電圧信号処理部２２０、キャラクター生成部２３０、ゲーム制御部２４０、表示制御部２５０、及びユーザ操作部２６０がプログラムとして格納され、プロセッサ２０１によって実行されることにより、情報端末２００において後述するゲームに関するデータ処理が行われる。なお、情報端末２００には、システム・ソフトウェア、通常のスマートフォンの機能である音声通話、電子メール送受信を行うためのハードウェア、ソフトウェア、及び他のアプリケーションソフトウェアが実装されるが、ここでは説明を省略する。

データ入出力部２１０は、入力装置２０４、通信Ｉ／Ｆ２０６を通じて行われるデータ入力処理、出力装置２０５、通信Ｉ／Ｆ２０６を通じて行われるデータ出力処理を行う機能を有する。電圧信号処理部２２０は、微生物発電モジュール１００からデータ入出力部２１０を通じて入力される電圧信号を受信して、ゲームにおいて使用されるパラメータであるゲームパラメータに変換してゲーム制御部２４０に引き渡す機能を有する。キャラクター生成部２３０は、ゲームで使用されるキャラクターの画像データを生成する機能を有する。ゲーム制御部２４０は、キャラクター生成部２３０によって生成されたキャラクター画像を、電圧信号処理部２２０からのゲームパラメータ等のデータに基づいて動作させ、またゲームの進行に必要な背景画像の生成、制御等のゲームの進行全般を制御する機能を有する。表示制御部２５０は、ゲーム制御部２４０の制御に基づいて、出力装置２０５である液晶ディスプレイ等の表示デバイスに、キャラクターを含むゲーム画面を表示させる機能を有する。ユーザ操作部２６０は、タッチパネル等の入力装置２０４からのユーザ入力をゲーム制御部２４０に引き渡す機能を有する。

以上の構成を有する情報端末２００で実行されるゲームの内容については、出力画面例を用いて後述する。なお、情報端末２００のソフトウェア構成は、必ずしも図４の構成例に限定されるものではなく、異なる他のソフトウェアモジュール構成により必要な機能を実現することができる。

本実施例のゲームは微生物発電モジュール１００と接続された情報端末２００単体でもプレイ可能であるが、図４ではさらに、情報端末２００が通信ネットワーク４００を介してゲームサーバ３００に接続されている構成例を示している。ゲームサーバ３００は、ゲームに必要なプログラム、データを情報端末２００からダウンロード可能とするとともに、複数の情報端末２００、つまり複数のプレイヤー間でのゲームの実行を管理する機能を有する。ゲームサーバ３００は通信機能を有する一般的なコンピュータとすることができ、そのハードウェア構成は図３に示した情報端末２００と略同一であるから説明を省略する。

図４に示すように、ゲームサーバ３００は、データ入出力部３１０、ゲーム配信部３２０、ゲーム管理部３３０、及びゲーム記憶部３４０の各プログラムが実装されている。なお、ゲームサーバ３００には、システム・ソフトウェア、他のアプリケーションソフトウェアもが実装されるが、ここでは説明を省略する。

データ入出力部３１０は、入力装置等を通じて行われるデータ入力処理、出力装置等を通じて行われるデータ出力処理を行う機能を有する。ゲーム配信部３２０は、ゲームを実行するためのプログラム、データを、情報端末２００からの要求に応じて当該情報端末２００に通信ネットワーク４００を通じて送信する機能を有する。ゲーム管理部３３０は、ゲームサーバ３００に接続される複数の情報端末２００の間で実行されるゲームの進行を管理する機能を有する。具体的には、接続されている情報端末２００間でのデータ交換を制御している。

ゲーム記憶部３４０は、ゲームの実行に使用される各種データを記憶している。ゲーム記憶部３４０の構成例を図５に示している。図５の例では、ゲーム記憶部３４０は、ユーザＩＤ、キャラクター、電圧信号、積算値の各項目を記録している。ユーザＩＤはゲームをプレイしているユーザの情報端末２００に対して固有に割り当てられた識別符号である。ユーザＩＤは、情報端末２００に配信するゲームプログラムの中に埋め込んでおき、情報端末２００のゲームプログラムがゲームサーバ３００と通信する際にデータに付帯させることにより、ゲームサーバ３００が個々の通信相手である情報端末２００を識別することができるようにする。キャラクターは、対応するユーザＩＤで特定されるユーザが使用しているキャラクターを識別するための識別符号である。電圧信号は、ゲームサーバ３００のゲーム管理部３３０が、対応するユーザＩＤで特定されるユーザが使用している情報端末２００から受信した直近の電圧信号のデータである。

電圧信号としては、例えば、次のように定めることができる。理論的に微生物発電モジュール１００で発生する電流に基づいて得られるアナログ電流値の上限をＶｍａｘとし、電圧信号生成部１５０にあるＡＤコンバータ１５３の分解能を８ビットと仮定する。この場合、アナログ電圧値Ｖが電圧信号生成部１５０のオペアンプ１５１の出力に得られたとすれば、電圧信号の値は、（Ｖ／Ｖｍａｘ）×２５６（＝２^８）と得ることができる。なお、電圧信号は、ゲームプログラムによって規定されている任意の時間間隔で各情報端末２００からゲームサーバ３００に送信されるように構成することができる。積算値は、各情報端末２００から受信した電圧信号の値を積算してユーザＩＤごとに記録している。積算値は、情報端末２００によって実行されるゲームプログラムによって、ゲーム開始時にリセットされるように構成することもできる。

ゲーム実行時のデータ処理シーケンス例
次に、本実施例の情報端末２００でゲームを実行するときの、情報端末２００及びゲームサーバ３００間でのデータ処理シーケンスについて説明する。図６に、情報端末２００とゲームサーバ３００との間で実行されるデータ処理シーケンスの例を示している。

まず情報端末２００は、ユーザのタッチパネル等の操作に基づくユーザ操作部２６０からの要求により、プレイするためのゲームプログラムやデータをゲームサーバ３００に要求する。情報端末２００からの要求を受けて、ゲームサーバ３００のゲーム配信部３２０は、要求元の情報端末２００にゲームプログラムその他のファイルを送信する。ゲームプログラム等のファイルを受け取った情報端末２００では、所定のインストール操作により、ゲーム実行プログラムであるキャラクター生成部２３０、ゲーム制御部２４０がセットアップされ、情報端末２００によってゲームをプレイする準備が整う。

ユーザが情報端末２００のタッチパネル操作等によってゲームプログラムを起動すると、画面には初期設定の案内画面が表示され、例えばプレイするゲームの種類、キャラクター生成部２３０によるキャラクターの選択等を行い、ゲームを開始することができる（Ｓ６０１）。

ゲーム制御部２４０の制御下でゲームの実行中、ゲーム制御部２４０は、所定のタイミングで電圧信号処理部２２０から電圧信号に対応するゲームパラメータを受信する。本実施例では、ゲームパラメータは微生物発電モジュール１００から受信する電圧信号に対応している。微生物発電モジュール１００で微生物Ｂの電子放出により生成される電流は、微生物Ｂの活動が活発であるほど一般に大きくなる。微生物Ｂの活動は、微生物発電モジュール１００で生育されている植物Ｐが光合成を行ってその結果根Ｒから土壌１２０に供給される有機物によって維持されている。したがって、植物Ｐに適切に水や肥料を与えて光合成が活発に行われるようにすれば、それにつれて根Ｒからの有機物の供給量は増加し、微生物Ｂから放出される電子も増加し、ひいては生成される電流も増加することになる。植物Ｐ、微生物Ｂの活動が活発になることによる電流の増加は、電圧信号の増加として測定される。

ゲームを実行している情報端末２００では、ゲーム制御部２４０が受信する電圧信号の数値に応じて初期設定で選択した種類のゲームにおけるキャラクターの動きなどが制御される。図７、図８に、あるゲームを実行している情報端末２００の表示画面例を示している。このゲームは、ユーザが様々な風景の中をマラソンして完走タイムを競うという構成を想定している。図７では、ランナーは時速４．１ｋｍでほぼ歩いている状態であるが、図８では、ランナーは時速７．６ｋｍで走っている状態を示している。このゲームでは、ランナーの走る速度がゲームパラメータによって制御され、電圧信号の値を反映するように構成されている。すなわち、微生物発電モジュール１００での発電量が多いほど電圧信号の数値も大きくなるため、それを反映するゲームパラメータに基づく制御により、ゲームのランナーは微生物発電モジュール１００の発電が活発であるほど速く走るように構成されている。したがって、ゲームのプレイヤーであるユーザは、マラソンの完走タイムを短縮するために、微生物発電モジュール１００の植物Ｐの生育状態を適切に管理し、より発電量を増やそうというモチベーションが与えられ、それがひいては環境負荷の少ない微生物発電に関する理解にもつながる教育効果を生むことができる。

図６に戻ると、情報端末２００で生成された電圧信号は、ゲームプログラムによって規定された所定の時間間隔等の適宜のタイミングでゲームサーバ３００に送信され、ゲーム記憶部３４０に最新の数値として記録されるとともに、積算値も記録される（Ｓ６０３）。なお、電圧信号を情報端末２００側で積算して積算値として管理し、電圧信号とともにゲームサーバ３００に送信するように構成してもよい。

以上の説明ではユーザがマラソンの完走タイムを競うゲームの例を用いたが、その他に、ゲームパラメータに基づいてアイドルを養成する構成、都市を拡大していく構成など、様々なストーリーのゲームを提供することができる。この場合、微生物発電モジュール１００の発電量が多いほどアイドルのスキル獲得が加速される、あるいは都市の建設スピードが高まるといった対応付けが考えられる。

複数の情報端末２００を、通信ネットワークＮを通じてゲームサーバ３００に接続し、対戦型のゲームを行えるように構成することもできる。この場合、例えば図６において、情報端末２００がＳ６０１で対戦型ゲームを選択して対戦ゲーム実行要求をゲームサーバ３００に送信すると、ゲームサーバ３００のゲーム管理部３３０は、対戦相手となる他ユーザのデータとして、ゲーム記憶部３４０からそのユーザのキャラクター、電圧信号、積算値を取得して要求元の情報端末２００に送る。他ユーザのデータを受け取った情報端末２００では、そのデータに基づいて対戦型ゲームを実行してゲーム画面を表示する。

ゲームサーバ３００における他ユーザの選定は、ゲームサーバ３００のゲーム管理部３３０が所定の選定基準に従って選定するように構成することができる。例えばゲーム記憶部３４０にユーザＩＤに対応して各ユーザの居住地域を記録するようにした場合、ゲーム管理部３３０は、対戦型ゲームを要求したユーザと居住地域が近いユーザのデータを選択して要求元の情報端末２００へ送信することができる。

対戦型ゲームとしては、例えば、複数のユーザで１００ｍ走のタイムを競う、複数のユーザで自動車レースを行うなど、様々な構成が考えられる。その場合、単独情報端末２００でのゲームと同様に、ランナーや自動車の速さを、ゲームパラメータを通じて電圧信号、すなわち微生物発電モジュール１００における発電量と対応付けることが可能である。

以上の本発明の一実施例によれば、ゲームを楽しみながら微生物発電の原理や微生物発電における発電量増大の仕組み、テクニックに親しむことができ、環境負荷の少ないエネルギー源に対する理解を深めることができる。

実施例２
次に、本発明の他の実施例について説明する。本発明の他の実施例は、基本的には図１に例示した実施例１の微生物発電モジュール１００と同等の構成を有するが、微生物発電モジュール１００で生成される信号が実施例１の電圧信号とは異なること、アノード電極１３０、カソード電極１４０、及び本実施例の信号処理回路が一体化されていること、それらに基づいて情報端末２００での信号処理が異なることという差異がある。以下、主としてそれらの差異について説明する。

図９に、本実施例による微生物発電モジュール１００の構成例を示している。本実施例の微生物発電モジュール１００は、実施例１の場合と同様に、容器１１０内の土壌１２０に植えた適宜の植物Ｐが光合成を行った結果根Ｒから放出される有機物を微生物Ｂの代謝活動を通じて電子に交換するプロセスを利用している。

前記のように、実施例１とはアノード電極１３０、カソード電極１４０が信号処理回路である状態信号生成部１６０と一体化されている構成が異なる。具体的には、状態信号生成部１６０を収容するパッケージの下にカソード電極１４０の電極体が略平板状を呈して一体的に取り付けられている。パッケージの底部からは、カソード電極１４０を貫通して下方にアノード電極１３０の導電支持体１３２が延設されており、その一部の外周には電極体１３１が導電支持体１３２を取り囲むように設けられている。導電支持体１３２とカソード電極１４０とは、電気的に絶縁されている。導電支持体１３２の先端は図９に示すように尖らせてあり、土壌１２０にアノード電極１３０を容易に突き刺すことができるようにされている。状態信号生成部１６０は、カソード電極１４０からの電流（言い換えればアノード電極１３０からの電子流）を受けて状態信号を生成する機能を有する。生成された状態信号は、無線通信によりスマートフォンなどの情報端末２００に送信される。

図１０に、状態信号生成部１６０の構成例を模式的に示している。状態信号生成部１６０は、容量１６１、無線送信トリガ信号生成部１６２、無線送信モジュール１６３を備えている。容量１６１は、カソード電極１３０からの電流により電荷を蓄積するコンデンサ等の容量要素である。容量１６１は、蓄積される電荷が所定の量に達した場合に、次段の無線送信トリガ信号生成部１６２にトリガ信号生成の契機となる信号を送出する。言い換えれば、容量１６１は、設定された電気容量とカソード電極１４０からの電流量により定まる遅延時間を備えるタイマ回路であり、蓄積される電荷が所定の量に達するごとにトリガ信号生成の契機となる信号を送出する動作を繰り返す。すなわち、電気容量一定であれば、カソード電極１４０からの電流量が大きいほど遅延時間は短縮され、次段に送出される信号の送出頻度が大きくなる。

カソード電極１４０からの電流量は、微生物Ｂにより放出される電子の多寡を示す。植物Ｐが供給する有機物により微生物Ｂの代謝活動が活発であるほど電子の放出量が増え、カソード電極１４０からの電流量も増える。つまり、カソード電極１４０の電流量が微生物の活動状態を表す指標として利用可能である。本実施例では電流量の大小を容量１６０の信号送出頻度に置き換えており、当該信号送出頻度を「状態信号」と定義している。

無線送信トリガ信号生成部１６２は、容量１６１から状態信号を受信すると、次段の無線送信モジュール１６３に無線送信を実行させるトリガ信号を生成して無線送信モジュール１６３に送出する。

無線送信モジュール１６３は、無線送信トリガ信号生成部１６２からトリガ信号を受信すると、所定のデータフォーマットの状態信号を送信する。送信された状態信号は、後述する機能を有する情報端末２００で受信される。無線送信モジュール１６３としては、例えば特に消費電力量が小さい近接通信方式であるBluetooth 4.0を採用した近接通信用モジュールを適用することができる。前記データフォーマットには、各状態信号生成部１６０固有の識別符号をＩＤ情報として含ませておく。ＩＤ情報により、状態信号を受信する情報端末２００は受信した状態信号を送出した状態信号生成部１６０を特定することができる。

次に、本実施例における情報端末２００の構成について説明する。本実施例の情報端末２００の構成例を図１１に示している。情報端末２００のデータ入出力部２１０、表示制御部２５０、ユーザ操作部２６０は、実施例１の場合と同様であるので説明を省略する。状態信号処理部２７０は、データ入出力部２１０を通じて受信した状態信号の頻度をカウントする機能を有する。状態信号処理部２７０は、状態信号のカウント結果に基づいて、状態信号の送信元である微生物発電モジュール１００の活動状態を判定してその判定結果を表示制御部２５０を介して液晶ディスプレイ等の出力装置２０５に出力させる処理を実行する。図１２に、状態信号処理部２７０による状態信号の判定方法について模式的に示している。

図１２において、縦軸は単位時間あたりの状態信号の受信回数を、横軸は時間を表している。状態信号の受信を計測する単位時間は、例えば１分間、１０分間など、適宜に定めればよい。図１２の例では、受信回数の判定しきい値としてＬ１，Ｌ２の２つの値を設定し、そのしきい値により区分される領域を、受信回数が多い方からＡ，Ｂ，Ｃとしている。この例では、測定した受信回数がＬ２以上の領域Ａにあれば発電状態良好、Ｌ１以上Ｌ２未満の領域Ｂの場合には通常発電状態、Ｌ２未満の領域Ｃの場合には発電状態不調と判定するようにしている。なお、発電状態の判定は、上記に限らず適宜の判定基準を定めて行えばよい。

状態信号処理部２７０での状態信号受信回数判定処理結果は、表示制御部２５０に転送され、情報端末２００の液晶ディスプレイ等の出力装置２０５に出力される。表示制御部２５０では、例えば前記判定結果に応じて、受信回数が図１２の領域Ａにあると判定した場合、満開の花のイラストとともに「元気です！」といったテキストを表示し、受信回数が図１２の領域Ｃにあると判定した場合、しおれかけた花のイラストとともに「元気がありません。水分、養分をください！」といったテキストを表示する、などの処理を実行する。なお、表示制御部２５０によって出力させるデータは、上記のテキスト、画像データに限らず、音声データ、バイブレータ等のアクチュエータに対する作動信号であってもよい。これらの出力用データは、主記憶装置２０２、補助記憶装置２０３にあらかじめ記憶させておくように構成すればよい。

なお、本実施例にあっても、実施例１と同様に、微生物発電モジュール１００が発生する電流により、情報端末２００の駆動電源を充電するように構成することも可能である。

以上説明した本発明の第２の実施例によれば、微生物発電モジュール１００の活動状態をユーザがひと目で把握できるように表示するとともに、ユーザに対して発電量を高めるための対応を取るように促すことができ、ひいてはエコロジーフレンドリーなエネルギーに対する理解を増進させることが可能となる。

実施例３
次に、本発明のさらに他の実施例について説明する。この実施例は、基本的に実施例１，２と同様の微生物発電メカニズムを備えたプランター（植木鉢）として構成されている。図１３に、本実施例のプランターの一例を模式的に示している。本実施例のプランター５００は、植え付けられた植物Ｐの根Ｒから土中に供給される有機物を微生物Ｂが取り込み、交換で電子を放出するという微生物発電のサイクルを実現している。プランター５００は容器５１０、土壌５２０、アノード電極５３０、カソード電極５４０、及びプランター制御部５５０を備えている。

容器５１０は植物Ｐを植え付ける土壌５２０を保持する容器であり、ガラス、合成樹脂、陶器等の一般に植木鉢として用いられるものである。アノード電極５３０、カソード電極５４０は、実施例１のアノード電極１３０、カソード電極１４０と同様に、微生物Ｂが放出する電子を収集して電流を生成する機能を有する。アノード電極５３０、カソード電極５４０は、それぞれ導線Ｌによりプランター制御部５５０に接続される。

プランター制御部５５０の構成例を図１４、図１５に示している。本実施例のプランター制御部５５０は、ハードウェアとしては例えばＣＰＵ等のプロセッサ５５１、主記憶装置５５２を備えるワンチップマイクロコンピュータ等の演算部、電圧信号生成部５５３、インタフェース回路（Ｉ／Ｆ回路）５５６、液晶ディスプレイ５６０、及びスピーカ５７０を有して構成される。本実施例では図１３に例示するように、プランター５００の容器５１０に、液密性を備えたパッケージとして構成要素を設けているが、他の適宜の構造で実現することができる。電圧信号生成部５５５は、実施例１の電圧信号生成部１５０と同様に、微生物Ｂからの電子に由来する電流を受け取って、デジタル電圧信号に変換する機能を有し、例えば図２に例示した構成とすることができる。

Ｉ／Ｆ回路５５６は、ＣＰＵ５５１の制御に基づいて、液晶ディスプレイ５６０、スピーカ５７０に供給される駆動信号を生成する等の機能を有する。図示を省略しているが、液晶ディスプレイ５６０、スピーカ５７０を駆動するための電力は、プランター制御部５５０に設ける適宜の一次電池、二次電池、あるいは外部電源等によって供給されるようにしている。図示を省略しているが、プランター制御部５５０には、これら駆動電源用電源スイッチが設けられる。

液晶ディスプレイ５６０、スピーカ５７０は、プロセッサ５５１の制御に従って、視覚的メッセージや音声メッセージを出力する機能を有する。液晶ディスプレイ５６０としては、有機ＥＬディスプレイなど、他の表示デバイスを適宜に用いることもできる。またスピーカ５７０は、電気信号を音声信号に変換可能な変換器であればよい。

図１５に、プランター制御部５５０のソフトウェア構成例を示している。プランター制御部５５０の主記憶装置５５２には、データ入出力部５５０１、電圧信号処理部５５０２、表示制御部５５０３、音声制御部５５０４、出力データ記憶部５５０５、通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）５５０６の各プログラムが格納されている。

データ入出力部５５０１は、電圧信号生成部５５５からの電圧信号入力を受信するとともに、表示制御部５５０３、音声制御部５５０４の出力信号をＩ／Ｆ回路５５６に転送する機能を有する。電圧信号処理部５５０２は、電圧信号生成部５５５からデータ入出力部５５０１を通じて入力される電圧信号を受信して、表示出力、音声出力の制御パラメータに変換して表示制御部５５０３、音声制御部５５０４に引き渡す機能を有する。出力データ記憶部５５０５は、電圧信号に基づいて表示制御部５５０３、音声制御部５５０４に読み出される表示データ、音声データを記憶している。

なお、プランター制御部５５０は、必ずしも図１４、図１５に例示した構成に限定されるものではなく、後述する作用を実現可能であれば適宜他の構成に変更、修正しても差し支えない。

次に、以上の構成を有する本実施例のプランター５００の動作について、図１６に例示するデータ処理フローを参照して説明する。まずプランター５００のプランター制御部５５０は、電源スイッチ投入等の条件で処理を開始すると（Ｓ１２００）、データ入出力部５５０１にて電圧信号生成部５５５からの電圧信号を取得する（Ｓ１２０１）。電圧信号処理部５５０２は、データ入出力部５５０１からの電圧信号を受けて制御パラメータを生成する（Ｓ１２０２）。制御パラメータは、実施例１におけるゲームパラメータに相当し、電圧信号の大きさを反映するように適宜に規定されるデータである。

表示制御部５５０３、音声制御部５５０４は、生成された制御パラメータに基づいて、出力データ記憶部５５０５から表示データ、音声データを読み出し、インタフェース回路５５６へ送る（Ｓ１２０３）。インタフェース回路５５６は、表示データ、音声データに基づいて液晶ディスプレイ、スピーカ駆動用の出力信号を生成して液晶ディスプレイ５６０、スピーカ５７０に供給し、それぞれ出力させる（Ｓ１２０４）。

以上の構成において、出力データ記憶部５５０５には、制御パラメータの値に対応する表示データ、出力データをあらかじめ記憶させておく。例えば、制御パラメータのしきい値としてＰ０＜Ｐ１＜Ｐ２が設定されているとした場合、電圧信号処理部５５０２が、制御パラメータがＰ０以上Ｐ１未満の範囲にあると判定した場合には、「Ｈｅｌｌｏ」のメッセージを、制御パラメータがＰ１以上Ｐ２未満の範囲にあると判定した場合には、「Ｉ’ｍｆｉｎｅ！」のメッセージを、表示制御部５５０３を介して出力するように構成することができる。なお、出力データ記憶部５５０５のデータを書き換え可能とし、プランター制御部５５０に書き換え操作用のユーザインタフェース、例えば携帯電話機のような簡易的なキーパッドを設けてもよい。あるいは、プランター制御部５５０にBluetooth等による近接通信機能などを持たせて、スマートフォンなどの携帯情報端末からデータ書き換えができるように構成してもよい。

図１６に戻ると、液晶ディスプレイ５６０、スピーカ５７０への出力は所定時間継続させて、所定時間経過時に再びＳ１２０１に戻って電圧信号を取得し、以後取得した電圧信号に基づいた出力が行われるように動作する。これにより、微生物発電の状態により上下する電圧の値を反映した表示出力、音声出力が実行される。なお、表示出力、音声出力のタイミング、例えば反復タイミング、反復回数、表示の明滅などは、表示制御部５５０３、音声制御部５５０４のプログラムによって適宜実現することができる。

以上説明した本実施例のプランター５００によれば、プランター５００で生育されている植物Ｐの光合成に由来する有機物を摂取して電子を放出する微生物により生成された電力を用いて、プランター５００に様々な表示や音声のメッセージを出力させることができる。そして、表示、音声のメッセージとして微生物発電によって得られた電圧の値に応じたものを出力させるようにしているので、プランター５００の保有者は、実施例１で述べたように、植物Ｐが活発に活動するように世話することによって発電量を増大させることができるのを体感することができる。それにより、保有者は、微生物発電の原理や微生物発電における発電量増大の仕組み、テクニックに親しむことができ、環境負荷の少ないエネルギー源に対する理解を深めることができる。

なお、本発明の技術的範囲は上記の実施形態に限定されることはなく、他の変形例、応用例等も、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内に含まれるものである。

１００微生物発電モジュール
１１０モジュール容器
１２０土壌
１３０，５３０アノード電極
１４０，５４０カソード電極
１５０電圧信号生成部
１５１オペアンプ
１５２フィードバック抵抗
１６０状態信号生成部
２００情報端末
３００ゲームサーバ
４００通信ネットワーク
５００プランター
５５０プランター制御部
５６０液晶ディスプレイ
５７０スピーカ
Ｂ微生物
Ｐ植物
Ｒ根

Claims

有機物を摂取して電子を放出する微生物の生息環境を提供する微生物生息容器と、前記微生物生息容器内に設置され、微生物が放出する電子を収集して電流とする一対の電極と、前記一対の電極に発生する電流を電圧に変換し、さらに当該電圧の数値を示す信号である電圧信号として出力する電圧信号生成部とを有する微生物発電モジュールと、
前記電圧信号を受信し、当該電圧信号に基づいて所定のデータ処理を実行するように構成されている情報処理モジュールと、
を備えている、微生物発電応用装置。
請求項１に記載の微生物発電応用装置であって、
前記微生物生息容器には、有機物を供給するための植物が設けられている、
微生物発電応用装置。
請求項１に記載の微生物発電応用装置であって、
前記情報処理モジュールにはゲームソフトウェアが実装されており、当該ゲームソフトウェアによって実行されるゲームの制御用パラメータとして前記電圧信号が使用される、微生物発電応用装置。
有機物を摂取して電子を放出する微生物の生息環境を提供する微生物生息容器と、前記微生物生息容器内に設置され、微生物が放出する電子を収集して電流とする一対の電極と、前記一対の電極に発生する電流により所定の電荷が蓄積されたと判定した場合に、前記微生物の生育状態を表す指標としての状態信号を出力する動作を反復するように構成されている状態信号生成部とを有する微生物発電モジュールと、
前記状態信号を受信し、当該状態信号に基づいて所定のデータ処理を実行するように構成されている情報処理モジュールと、
を備えている、微生物発電応用装置。
請求項４に記載の微生物発電応用装置であって、
前記情報処理モジュールは、前記状態信号に基づいて前記微生物発電モジュールにおける発電状態を判定し、その判定結果を示す情報を出力する、微生物発電応用装置。
微生物発電応用装置であって、
植物生育用容器として形成されており、
当該植物生育用容器で生育される植物から供給される有機物を摂取して電子を放出する微生物の生息環境を提供し、前記微生物が放出する電子を収集して電流とする一対の電極と、前記一対の電極に発生する電流を電圧に変換し、さらに当該電圧の数値を示す信号である電圧信号として出力する電圧信号生成部と、
前記電圧信号を受信し、当該電圧信号に基づいて、あらかじめ前記電圧信号に対応付けて記録されている複数の出力データから所定のデータを選択し、当該データの出力処理を実行するように構成されている情報処理モジュールと、
を備えている微生物発電応用装置。
請求項６に記載の微生物発電応用装置であって、
前記出力データは、表示用データ及び音声出力用データの少なくともいずれかであり、前記情報処理モジュールは、選択された表示用データ又は音声出力用データ、あるいはそれらのいずれもに基づいて出力処理を実行する、微生物発電応用装置。