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Marine communication based on a new principle using longitudinal waves generated by polarization in a liquid electrolyte

Research Project

Project/Area Number 22K18796
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

Kawarada Hiroshi  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90161380)

Project Period (FY) 2022-06-30 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywords海洋通信 / 塩水通信 / プラズマ・イオン波 / ダイヤモンドSGFET / 電解質溶液 / 電解質イオン / 電極
Outline of Research at the Start

電磁波は通常は横波であり、双極子アンテナで電解質中に入射すると正負イオンを進行方向に直交する方向に大きく移動させ、エネルギーを吸収され、減衰にいたる。縦波であれば、この減衰が非常に少ない。真空中での縦波は不可能だが、媒質中は可能である。送信側を単一極として、電位変化を与え、正負イオンまたは分子の分極による縦波が作製される。この分極した波を、バイオセンサとして開発してきたダイヤモンド電解質溶液ゲート電界効果トランジスタ (Electrolyte Solution Gate FET : SGFET)のチャネルを2次元面の受信器とする新たな海中無線通信を提案する。

Outline of Final Research Achievements

A new method of wireless communication in salt water and seawater pipes was proposed. This method is active as the salt concentration increases. It can transmit data at 1 Mbps or more up to a distance of at least 50 m. It can also be used in tubes and pipes with complex shapes. Since it is based on electrical conduction, it does not pose a problem in opaque environments. However, it requires an environment where the salt water is not in contact with the sea, because the sea is at earth potential and the signal is short-circuited. Applications include small drones for inspecting containers and pipe inner walls in plants where high-salt liquids exist, such as desalination plants and soy sauce factories. The transmission mechanism was clarified from the standpoint of electrical conduction, ion and plasma vibrations, etc. Methods were examined to reduce signal attenuation and increase the transmission distance.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、大規模の淡水化技術、海洋生物の陸上養殖が盛んになり、水と食料の確保の両面から塩水環境での情報収集が重要で、日本でもスマート漁業として進行中である。従来からの超音波技術と開発途上の可視光通信という競合技術があるが、本技術は両技術の間を補完できる。現在、100kHz-10MHz間で1E7m/s-1E8m/sの速度で、50m程度の到達距離である。さらに100m程度まで延伸すれば、海面や海底の反射の影響や濁りの影響もないため、音波よりも情報量が高く、光と異なり濁り影響を受けないため、浅い海での実用化が可能である。また、電解質中の分極した縦波という新たな波動伝搬の開拓として意義がある。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Remarks (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Presentation] Propagation of Potentiometric Signals Based on Electric Conduction of Sea Water2023

    • Author(s)
      K.Masadome, H. Sato, R. Nomoto, Y. Chang, H. Kawarada
    • Organizer
      2023 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation, (ISAP 2023) Kuala Lumpur,Malaysia,
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Principle of underwater wireless communication in seawater utilizing potentiometric signals and achievement of 10 Mbps2023

    • Author(s)
      K. Masadome, H. Sato, R. Nomoto, Y. H. Chang, H. Kawarada
    • Organizer
      3rd International Symposium on Design and Engineering by Joint Inverse Innovation for Materials Architecture
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 25mの海水プールにおけるイオン導電性を用いた電気信号の伝播2023

    • Author(s)
      正留 康太、佐藤 弘隆、野本 玲於奈、川原田 洋
    • Organizer
      電子情報通信学会水中無線技術特別研究専門委員会, 2023年 第9回水中無線技術研究会(UWT)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 塩水の電気伝導性に着目した海水通信2023

    • Author(s)
      川原田 洋, 佐藤弘隆, 野本玲於奈, 正留康太
    • Organizer
      電子情報通信学会 コミュニケーションシステム研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 海水のイオン導電性を利用した海中無線通信 ~海水管,漁業用いけす内のワイヤレスリアルタイムモニタリングが可能に~2023

    • Author(s)
      佐藤弘隆, 正留康太, 野本玲於奈, 川原田洋
    • Organizer
      第22回 国際ナノテクノロジー総合展・技術会議
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Seawater Wireless Communication in Pipe filled with Seawater Mediated by Ions in Electrolyte Solutions by utilizing Diamond Solution Gate FET2022

    • Author(s)
      H. Sato, K. Masadome, L. Nomoto, Y. H. Chang, H. Kawarada
    • Organizer
      The 2nd Internatioal Symposium on Design & Engineering by Joint Inverse Innovation for Materials Architecture(DEJI2MA)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電解質溶液内のイオンを媒介とする海水パイプ中の無線通信2022

    • Author(s)
      正留康太、佐藤弘隆、野本玲於奈、張育豪、川原田洋
    • Organizer
      電子情報通信学会 2022年ソサイエティ大会 通信ソサイエティ
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 早稲田大学川原田研究室

    • URL

      https://www.kawarada-lab.com/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] 早稲田大学川原田研究室ウェブサイト Presentations2022

    • URL

      http://www.kawarada-lab.com/presen/2022presen.html

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 早稲田大学川原田研究室ウェブサイト Presentations2023

    • URL

      http://www.kawarada-lab.com/presen/2023presen.html

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 無線通信システム及び無線通信方法2024

    • Inventor(s)
      川原田洋、佐藤弘隆、野本玲於奈、正留康太
    • Industrial Property Rights Holder
      川原田洋、佐藤弘隆、野本玲於奈、正留康太
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 無線通信システム及び無線通信方法2023

    • Inventor(s)
      川原田洋,佐藤弘隆,野本玲於奈,正留康太
    • Industrial Property Rights Holder
      川原田洋,佐藤弘隆,野本玲於奈,正留康太
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2022-07-05   Modified: 2025-01-30  

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