2021年、英国のスマートフォンユーザー数は5,550万人に達しました。これは、人口の83％近くが、一般に「アプリ」として知られるモバイルアプリケーションを利用できることを意味します。現在、Google Playでは約330万本のアプリが利用可能であり、Apple Inc.のApp Storeには約220万本のアプリが掲載されています。 このアプリの爆発的な増加の一因として、ヘルスケアアプリへの需要が急増していることが挙げられ、世界のデジタルヘルス市場規模は2030年までに1,311億ポンドに達すると予測されています。
明らかに、スマートフォンの機能は、人工知能（AI）、位置情報技術、拡張現実（AR）、ウェアラブル技術、モバイル決済、生体認証などの分野で著しく進化している。数年前には予想もできなかったような使い方が今や当たり前となっているスマートフォンは、多くの機器に取って代わり、市場に大変革をもたらしている。スマートフォンの進化に伴い、特にデジタルヘルス市場において、その利点を活かしたますます高度なアプリが開発されている。
現在、スマートフォンには、膨大な量のデータを瞬時に処理できるセンサーやマイクロプロセッサが標準的に搭載されており、自宅でもスマートフォンを用いて複雑な健康モニタリング測定を行うことが可能になっています。例えば、可視光を利用することで、スマートフォンやその他のスマートデバイスは、心拍数の測定、身体活動や睡眠のモニタリング、さらには肺、目、皮膚などの臓器のモニタリングを行うことができます。
Apple Inc.に最近付与された特許によると、同社はスマートフォンにテラヘルツ（THz）の放射・検知モジュールを搭載し、さらなる機能を提供し始める可能性があることが示唆されており、これはヘルスケアアプリの今後の一般的なトレンドについて一定の示唆を与えている。
がんのモニタリングと検知
テラヘルツ放射とは、周波数が0.3 THzから10 THzの範囲にある電磁波の総称である。電磁スペクトルの赤外線領域とマイクロ波領域の間に位置するテラヘルツ放射は、非電離性であるため安全に使用でき、例えば皮膚がんを効果的に検出するための有力な手段であることが示されている。
テラヘルツ放射の光子エネルギーは1～40 meVの範囲にあり、これは分子の回転振動遷移エネルギー、固体の格子振動エネルギー、半導体のバンド間再結合エネルギーに匹敵するため、幅広い応用が可能である。 また、テラヘルツ分光法は、メチル化DNA（発がんのバイオマーカーと考えられている）などの生体分子に対しても感度が高いため、上皮性がんや一部の乳がんの特定に有用な手法となっている。
もう1つの検出能力は、テラヘルツ放射が水に吸収されるという事実に由来しています。これは、良好なテラヘルツ信号が必要な実験室では厄介な問題と見なされていますが、がん組織は正常組織に比べて水分含有量が異常であるため、両者を区別する上で有用となる可能性があります。
糖尿病の検出
この特性は、糖尿病性足症候群の早期発見にも活用できる。末梢血管疾患により脱水状態にある可能性のある糖尿病患者の足から生じる異常なテラヘルツ波の反射は、ここで説明したように早期診断に利用できる。この種の画像化はスマートフォンの能力を超えるかもしれないが、Apple Inc.の特許に記載されているテラヘルツ波の放射および検出技術を用いれば、多くのことが実現できる。
アップル社
2019年にApple Inc.によって出願され、2年後に特許が許可された米国特許第US11099072B2号では、提案されているテラヘルツ波の放射・検出システムがスマートフォンに搭載されている。放射モジュールはテラヘルツ波を放射し、その波は部屋やオフィスなどの環境内を伝播し、壁やその他の障害物で反射してデバイスに戻り、そこで検出される。 検出モジュールは、戻ってきた波を検出し、スペクトル応答を算出する。動的な環境中に存在する一酸化炭素（CO）や二酸化炭素（CO2）などのガスは、テラヘルツ周波数帯の特定の周波数を吸収するため、環境中のガスの存在および濃度を把握することができる。この特許は現在、欧州でも審査中である。
センサー産業
提案されているシステムは、センサー業界に革命をもたらす可能性を秘めています。既存のガスセンサーでは、ガスを検知するために、センサーに空気が流れ込むよう、デバイスに開口部を設ける必要があります。一方、テラヘルツ波を利用した検出器は光のみを使用するため、このような開口部は必要ありません。つまり、スマートフォンを持っている人なら誰でも、どこにいても危険なレベルのガスを検知できるようになるということです。
原則として、本発明は、携帯型装置を用いて、環境中のガスの検出だけでなく定量も、さらには液体や固体材料の状態や品質の判定も可能にするものである。
ここで簡単に説明したように、スタンドアロンのテラヘルツスキャナーはすでに世界中で使用されています。
材料や生体分子のテラヘルツ吸収スペクトルを取得するための重要な研究が進められており、その一部は、日本の情報通信研究機構（NICT）および理化学研究所が管理するデータベースで無料で公開されています。機械学習モデルやアルゴリズムと組み合わせることで、テラヘルツ分光法は、物体の構成物質を特定したり、血清中の物質濃度を測定したりするために活用できる可能性があります（詳細はこちら およびこちらを参照）。
テラヘルツスキャナーは、放出されるテラヘルツ波を利用して、人物に隠された物体（ナイフや銃など）を検出します。これは、そうした物体がテラヘルツ波を遮断するためです。 衣服やほとんどの繊維はテラヘルツ波を透過するため、得られる画像は低解像度であり、プライバシーの問題は生じません。このような画像化は特許に記載された範囲を超える可能性がありますが、爆発物や麻薬はテラヘルツ帯域にスペクトル上の特徴を持ち、二酸化炭素や一酸化炭素などのガスについて特許に記載されているのと同様の方法で、テラヘルツ分光計を用いて識別することが可能です。
スマートフォンを活用したテラヘルツ分光計には明らかな利点があり、空港や交通機関の駅だけでなく、遠隔地でも活用できる可能性がある。
さらに将来を見据えると、多くの研究が、テラヘルツ分光法の潜在的な用途を明らかにしています。例えば、小麦の鮮度の判定、パンへのカビの付着の有無、さらには食品中の農薬、 抗生物質、有機汚染物質、金属、放射性核種、マイコトキシンなどの存在の判定、遺伝子組み換え作物の識別、飲料中の糖分やアルコール含有量の測定、水質汚染の検出、偽装された乳製品の特定、さらには蜂蜜中の有害な化学物質残留物の検出など、幅広い応用可能性を示しています。
しかし、研究対象となる試料のテラヘルツスペクトルを測定し、得られた（しばしば複雑な）データを分析するには時間がかかり、光源、テラヘルツ放射体、テラヘルツ検出器、そして多くの場合、高価でかさばるテラヘルツ分光計が必要となる。このプロセスを小型化し、スマートフォンなどの民生用電子機器に組み込む新たな手法は、解決すべき課題や提案される解決策によっては、特許取得の対象となり得る。
多業種：自動車、航空宇宙、再生可能エネルギー、製薬
テラヘルツ技術の市場性を示す例として、2012年に設立され、最近の欧州IPヘルプデスクのケーススタディでも取り上げられたスペインのテック系スタートアップ「das-Nano」は、テラヘルツ波の可能性を「IRYS」などのシステムに活用しています。IRYSは、自動車産業における各コーティング層の厚さを測定するための特許取得済みの非接触型装置であり、2020年7月にフォルクスワーゲンのナバラ工場で初めて導入されました。 同社はまた、風力発電や航空宇宙産業で使用される複合材料について、各コーティング層の厚さを全面的に検査するほか、各層の付着性や層間接着力を測定する別の特許取得済みシステムも提供している。さらに、同社が開発したもう一つの製品「ONYX」は、グラフェン、薄膜、その他の2次元材料の全面分析を行うのに役立つ。
テラヘルツ分光法によるこの非接触特性評価のもう一つの応用例は、医薬品錠剤に含まれる化合物の層の厚さや分布を測定することです。これは、テラヘルツ分光法が登場する以前のように試料を物理的に破壊することなく行うことができます。 テラヘルツ分光技術の可能性と応用範囲は明らかに膨大ですが、現時点ではその能力は研究室の中に閉じ込められたままです。これをスマートフォンに組み込むことが、その力を解き放つ一つの方法となるのでしょうか？この技術がどのように発展し、私たちの日常生活に不可欠なものになっていくのか、その行方が注目されます。
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「現在、スマートフォンには、膨大な量のデータを驚異的な速さで処理できるセンサーやマイクロプロセッサが標準的に搭載されている」
