次世代の「スマート」ファブリックへの電子機器の刺繍

考古学によると、人間は約17万年前に着衣を始め、最後から2番目の氷河期に非常に近いことがわかりました。 しかし、今でも、ほとんどの現代人は、それらの初期の衣服とはほとんど異なる服を着ていません。 しかし、フレキシブルエレクトロニクスが「スマートファブリック」と呼ばれるものに次第に織り込まれていくにつれて、それは変わりつつあります。

これらの多くは、簡単にヨガを行うための優しい振動を提供するレギンス、プレーヤーのパフォーマンスを追跡するTシャツ、心拍数を監視するスポーツブラなど、すでに購入可能です。 スマートファブリックには、ヘルスケア（患者の心拍数と血圧の測定）、防衛（兵士の健康と活動レベルの監視）、車（乗客を快適にするために座席の温度を調整する）、さらにはスマートシティ（サインを伝える）で有望な用途があります通行人と）。

理想的には、これらの衣服の電子部品（センサー、データを送信するアンテナ、電力を供給するバッテリー）は小さく、柔軟性があり、着用者にはほとんど気付かれません。 今日では、センサーの多くは洗濯機で洗えます。 しかし、ほとんどのアンテナとバッテリーは硬くて防水性がないため、洗濯する前に衣服から外す必要があります。

オハイオ州立大学のElectroScience研究所での私の仕事は、同様に柔軟で洗えるアンテナと電源を作ることを目指しています。 具体的には、「e-threads」と呼ばれる導電性の糸を使用して、生地に直接電子機器を刺繍しています。

アンテナ刺繍

私たちが取り組んでいるeスレッドは、強度を提供するための撚り合わせたポリマーフィラメントの束で、それぞれに電気を通す金属ベースのコーティングが付いています。 各フィラメントのポリマーコアは通常、ケブラーまたはザイロンで作られていますが、周囲のコーティングは銀です。 次に、これらのフィラメントの数十または数百も撚り合わせて、通常は直径が0.5ミリメートル未満の単一のeスレッドを形成します。

これらの電子糸は、一般的な商用刺繍機器で簡単に使用できます。これは、人々が毎日スポーツジャケットやスウェットシャツに名前を付けるために使用するコンピューター接続のステッチマシンです。 刺繍されたアンテナは軽量で、硬い銅製の同等品と同じくらい優れており、最先端のプリント回路基板と同じくらい複雑になる可能性があります。

当社のeスレッドアンテナは、企業のロゴやその他のデザインにアンテナを統合するなど、より複雑なデザインの通常のスレッドと組み合わせることができます。 オーガンザほど薄く、ケブラーほど厚い生地にアンテナを刺繍することができました。 刺繍が完了すると、従来のはんだ付けまたはコンポーネントを接続する柔軟な相互接続によって、ワイヤをセンサーとバッテリーに接続できます。

これまでのところ、パーキンソン病またはてんかんの患者の脳深部信号を読み取るスマート帽子を作成することができました。 Wi-Fi信号の範囲を着用者の携帯電話に拡張す​​るアンテナ付きのTシャツを刺繍しています。 また、幼児の身長を監視して、幼児期のさまざまな医学的状態をスクリーニングするマットとシーツを作成しました。 そして、生地の表面がどの程度曲がったり持ち上げられたりしたかを測定する折り畳み式のアンテナを作りました。

アンテナを越えて移動する

私の研究室では、柔軟なファブリックベースのミニチュア発電機を製造するために、化学者のAnne Coや医師のChandan Senなどの他のオハイオ州の研究者とも協力しています。

インクジェット印刷によく似たプロセスを使用して、生地に銀と亜鉛のドットの交互の領域を配置します。 これらの金属が汗、生理食塩水、または傷口からの分泌物と接触すると、銀が正極として機能し、亜鉛が負極として機能し、電気がそれらの間を流れます。

ファブリックを湿らせるだけで、追加の回路やコンポーネントを必要とせずに少量の電気を生成しました。 これは、他のウェアラブル電子機器と接続できる、完全に柔軟で洗浄可能な電源であり、従来のバッテリーを必要としません。

これらの柔軟でウェアラブルな電子機器は、相互にかつ個別に、相互に接続された21世紀のファブリックとうまくかみ合う、接続された検知通信デバイスに衣服を変換します。

オハイオ州立大学電気およびコンピューター工学助教授、アシミナキオルティ