次世代のスマートフォンに、より高速で、より明るく、4Gで接続でき、1回の充電でより長く使えることを期待しているなら、思いがけない驚きが待っているかもしれません。新型スマートフォンやタブレットのバッテリー需要は、バッテリー技術の進歩をはるかに上回っています。バッテリーメーカーは15年前のリチウムイオン技術から最後の力を絞り出そうと躍起になっていますが、デバイスメーカーやアプリメーカーは、この問題の深刻さにようやく気づき始めたようです。すべての関係者に等しく責任があります。一方で、モバイルデバイスにおけるイノベーションの大きな期待は、電力制限と、常に「プラグイン」しなければならないことへの消費者の不安によって、早期に頓挫する可能性があります。
かつては、フィーチャーフォンの充電器を家に忘れてきて、週末に長旅に出かけても（何時間もスネークをプレイしない限り）、タクシーを呼べるくらいのバッテリー残量で帰宅できました。しかし今では、私たちは充電器に執着し、空港やカフェのコンセントを長々と占領している人々を睨みつけています。
2011年には多くの企業が超高速4Gネットワークへの移行を予定していますが、これは問題をさらに悪化させるだけです。4Gデバイスのバッテリー寿命は悲惨なほど短いという報告も既に出ています。ベライゾン・ワイヤレスの幹部によると、モバイルデバイスに搭載されている技術の電力要件は、バッテリー容量の進歩の2倍のペースで増加しています。
問題には、バッテリーの化学的性質、モバイル技術の世界市場における研究開発への資金提供システム、そして人々が携帯電話やタブレットに求めているさまざまな要求が関係しています。
化学による制約
バッテリー技術とスマートフォン技術は、その寿命において大きく異なる段階にあります。「スマートフォンとは異なり、バッテリー技術は1世紀以上にわたって進化を続けており、開発曲線の先を行く段階にあります。つまり、バッテリー技術の進歩は着実ではあるものの、スマートフォンのような比較的新しい技術ほどの猛スピードで進むことはもはやないということです」と、携帯電話・タブレットメーカーHTCのキース・ノワック氏は述べています。
しかし、固体電解質の効率がわずかに向上したことを除けば、携帯型技術製品向けのリチウムイオンポリマー電池は15年以上も劇的な変化を遂げていません。今日のスマートフォンやタブレットに搭載されている電池のほぼすべては、リチウムイオンポリマー電池の何らかの派生型で動作しています。この電池は、陽極と陰極が固体のゲル状の電解質（電池の電気伝導性を高める物質）で包まれています。この固体電解質設計は、メーカーがモバイル技術製品向けにより頑丈な電池を求めていた1996年に商業的に開発されました。それ以前の携帯電話は、かさばり、比較的不安定な液体電解質を使用したリチウムイオン電池で動作していました。
今日、バッテリー研究者たちはリチウムイオンポリマーバッテリーの容量向上に取り組んでいます。バッテリーの電力は、電荷を帯びた電子が陽極と陰極の間で移動することで得られるため、バッテリー研究者は主に、多数の微小移動を最適化することに重点を置いています。「多くの化学反応は独自の反応を起こす可能性があり、バッテリー科学者はそれを制御しようとしています」と、リチウムイオンバッテリーを含むあらゆる種類の民生用バッテリーを製造するゴールドピーク・インダストリーズのアーヴィング・エチャバリア氏は述べています。エチャバリア氏は、バッテリー内のプロセスの80%は正確に制御できると推定しています。そして、バッテリーにおける誤った化学反応の領域が小さいほど、バッテリーはより効率的に電力を供給できます。バッテリーメーカーは、この80%の効率限界に近づくことで、容量の向上を達成し続けています。
しかし、効率性の向上は段階的に進んでいますが、スマートフォンやその他のモバイルデバイスのエネルギー需要の増加に追いついていません。バッテリーの化学的・物理的限界に悩まされている開発者は、バッテリーの駆動時間を延ばしたいと考えており、バッテリーの非活性部分を小さくすることで活性物質を追加するか（この技術自体も既に限界に達しています）、リチウムイオンポリマーから、まだ十分に研究されていない別の材料に移行するかのいずれかを迫られています。
カリフォルニア州バークレーにあるローレンス・バークレー国立研究所のバッテリー技術研究者、ベンカット・スリニヴァサン氏は、「バッテリーの進化を左右する物理学は、スマートフォンの電子機器の進化を左右する物理学とは異なる」と指摘する。バッテリーは、より優れた素材が登場して「エウレカ」の瞬間が訪れるまでは、幌馬車隊の後ろをひたすら歩く運命にあるようだ。
ゆっくりと新しいアイデアが生まれる
バッテリー寿命の分野では、イノベーションの兆しが少しずつ見え始めています。未解決の疑問は、それがどれほど早く実現するか、そして関連する技術がモバイルの世界全体にサービスを提供できるほど拡張可能かどうかです。
多くの民生用バッテリーメーカーの研究開発ラボでは、リチウムイオンの研究が続けられています。また、全米各地の大学の研究室では、エネルギーを貯蔵・伝送できる可能性を秘めた原子1個分の厚さのグラファイトシート、グラフェンの可能性に関する論文が次々と発表されています（ただし、グラフェンが民生用バッテリーに実用化されるのはまだ先のことです）。しかし、米国政府は（他の多くの国と同様に）、民生用バッテリーの研究にはほとんど資金を提供しておらず、代わりに車載用バッテリーや軍事用バッテリーの研究に資金を投入しています。
バッテリーだけの問題ではない
モバイルデバイスの設計は、もはやコンピューティング能力、デザイン、ユーザーインターフェースを完璧にすることだけではありません。それらすべてを、はるかに少ない電力で実現することが求められています。ある時点で、消費者の高速データプランや驚異的なマルチタスク機能への欲求は、少なくとも1日中稼働し続けられるデバイスへのシンプルなニーズに取って代わられるでしょう。
スマートフォンの画面は大型化し、高解像度に対応していますが、どちらも電力を大量に消費します。画面の明るさを下げればバッテリーを数分は長持ちさせるかもしれませんが、Apple、HTC、Motorolaなどの大手携帯電話メーカーが、当面は画面を小型化したり、より暗い色調にしたりすることは考えにくいでしょう。しかし、SamsungやLG Electronicsなど一部のメーカーは、画面の明るさは下げずに消費電力を抑える新しいタイプのディスプレイの開発に注力しています。
もう一つの大きな電力消費の原因は、ますます複雑化するアプリに関係しており、アプリはますます厳しい処理要件を課します。ほとんどのスマートフォンには Bluetooth、Wi-Fi、GPS 無線が内蔵されており、多くの場合これらのコンポーネントは同時に動作します。特に GPS 無線はバッテリーを大量に消費することで有名で、ナビゲーション アプリを実行するとバッテリー残量が減っていくのがわかります。新しいスマートフォンには 4G 無線チップセットが追加されており、LTE ワイヤレス スペクトルでエンコードされたはるかに大量のデータをデコードするために、より多くの処理能力が必要になります。それに加えて、新しい 4G スマートフォンには 4G スペクトルに接続するためのチップセットと、キャリアの古い 3G ネットワークに接続するためのチップセットが 2 つあります。その結果、バッテリーは、運が良ければ 1 日程度しか持たないと考えられます。
電力消費の急増の結果、モバイル プロセッサのメーカーは、携帯電話向けにさらに効率的なチップを生産しなければならないという大きなプレッシャーを感じています。
世界中のほぼすべてのモバイル デバイス向けプロセッサの開発とライセンス供与を行っている ARM の幹部、ジェームズ ブルース氏は、携帯電話のハードウェアは、携帯電話がもっと長く持続した頃よりもバッテリー効率がはるかに高いが、「ノキアの [フィーチャー フォン] と今日のスマートフォンの違いは、人々が一日中携帯電話を使い続けるにはバッテリーが十分ではなかったという点です」と説明しています。
デュアルコアが役立つ
2011年のスマートフォン（HTC Droid BionicやMotorola Atrix 4Gなど）に搭載されているデュアルコアプロセッサ（ARM製）は、希望の光となるかもしれない。ブルース氏によると、「デュアルコア」スマートフォンは、単純なタスクを一方のコアに委任し、より複雑で（そして消費電力が大きい）タスクをもう一方のコアに割り当てできるという。ブルース氏の説明によると、スマートフォンがテキストメッセージの送信や電卓の実行といった単純なタスクのみを一方のコアで実行している場合、もう一方のコアの電源をオフにすることでバッテリー寿命を延ばすことができるという。
より多くのコアがバッテリー電力の消費を抑える秘訣であるという考えは、少し直感に反するように思えるかもしれないが、その方法でバッテリー寿命が短すぎる問題を解決しようとしている企業は ARM だけではない。
5月初旬、Adaptevaという企業が、ARMデュアルコアプロセッサと並んでスマートフォンやタブレットに搭載することを目指している新しい「Epiphanyマイクロプロセッサ」を発表しました。
Adaptevaの新しいプロセッサは、スマートフォンチップに最大64個のコアを搭載できます。スマートフォンに64個のコアチップを搭載するというのは、省電力対策とは正反対のように聞こえますが、同社のCEO兼創業者であるアンドレアス・オロフソン氏によると、今日のスマートフォンのほとんどは、インターネット接続、ゲーム、音楽再生のために、デスクトップ用プロセッサの縮小版で消費電力が大きいものを搭載しているとのことです。
一方、Epiphanyプロセッサは、携帯電話のCPU（携帯電話の一般的な処理全般を担う）と連携して、一般的なコマンドの特定の部分を実行するように最適化されたチップです。このプロセッサは、携帯電話のオフライン処理を効率化し、例えばジェスチャーや顔認識の高速化を実現します。オロフソン氏は、この設計によって「今日のスマートフォンにノートパソコンのパワーを詰め込むことができる」と述べています。
それはアプリです
スマートフォンアプリは、スマートフォンのバッテリーを消耗させる悪党たちの最後の元凶です（バッテリーの物理的限界が第一位です）。アプリの電力消費量は、AppleがApp Storeでアプリを販売するか否かを判断する際に考慮する項目の一つです。「Appleは、GPSを必要としないゲームのように、意図的にバッテリー寿命を縮めることを許しません。10秒ごとにGPS信号を送信するようなアプリは却下されます」と、iPhoneアプリ開発会社9magnetsの開発者、キャメロン・バンガ氏は言います。
Androidアプリ市場には電力を大量に消費する可能性のあるアプリが多数存在するかもしれませんが、実績のある開発者は、低評価を受けたりユーザーにアプリを削除されたりすることを恐れ、アプリが正常に動作するために必要な時間以上にバッテリーを消費しないように努めています。「GPSアプリを除けば、ほとんどのユーザーはどのアプリがバッテリーを消耗させるかを見分けるのが得意です」とバンガ氏は指摘します。
ほとんどのスマートフォンユーザーは、日中はスマートフォンを持ち歩き、夜は充電器に差し込むだけで十分です。しかし、バッテリーメーカーは、誰もが日々ますます頼りにしている小型コンピューターの旺盛な電力需要に対応するために、近いうちに対策を講じる必要があります。バッテリー技術の革新が少しでも加速しなければ、モバイル技術の革新がこれまで猛スピードで進んできたものの、使い勝手の壁にぶつかって急停止してしまう可能性があります。
