スマートファブリック: ファッションとエネルギーの未来

外部電源を必要とせずに、体温を監視したり、アクティビティを追跡したり、快適さを維持したりする機能をすべて備えています。

外部電源を必要とせずに、体温を監視したり、活動を追跡したり、衣服だけで快適に過ごせる衣服を想像してみてください。

テクノロジーと衣料品の交差点で行われている研究開発のおかげで、これらすべてとそれ以上のことが急速に現実になりつつあります。

技術の進歩により、携帯電話や家電製品がよりスマートになり、私たちの生活が変わりました。今では、私たちの衣服もスマートになり、エキサイティングでより持続可能な未来への道を切り開く可能性が開かれています。

世界のスマート繊維市場はすでに 41 億ドルと評価されており、2032 年までに 245 億ドルに増加すると予測されています。興味深いことに、Markets and Markets によると、現在、エネルギーハーベスティングがこの市場の最大のシェアを占めています。

エナジーハーベスティングは、自律型電子デバイスに電力を供給するために、周囲のエネルギーを電気エネルギーに変換することです。このエネルギーは、機械的エネルギーや熱的エネルギーなど、さまざまなエネルギー源から得ることができます。エネルギーハーベスティング繊維を作成するには、通常、活性材料が繊維の表面に追加されるか、織り込まれたり、刺繍されたりします。

このようなスマートファブリックは、限られた量のエネルギーしか含まないため、再充電または定期的な交換が必要なバッテリーの代替品として利用できる可能性があります。ウェアラブル繊維用途では、バッテリーは硬くてかさばるアイテムになる傾向があり、洗濯前に取り外す必要があるため、改善が必要です。

この分野はまだ比較的初期の段階にありますが、技術の進歩、デザイン、消費者の需要、小型化、政府の政策などの要因の組み合わせによって急速に成長しています。

それでは、この分野のエキサイティングなイノベーションと、私たちが着る服の文字通りの力を見てみましょう!

体温を電気に変換するスマートファブリック

最新の衝撃的な開発の 1 つは、ウォータールー大学の研究者が繊維科学工学の主要機関である江南大学と協力して行ったもので、身体と太陽光からの熱エネルギーを電力に変換するスマート ファブリックを作成しました。 。

このスマート ファブリックには、発電、健康指標の観察、身体活動の追跡機能があります。これらのセンサーにより、生地は温度変化を検出し、圧力、応力、化学組成を監視できるようになります。

この生地の有望な用途は、温度と呼吸速度を追跡し、肺がんやウイルスなどの状態を特定するのに役立つ化学物質を検出できるスマートフェイスマスクです。ウォータールー大学の印刷可能な電子材料研究所の所長であり、化学工学部の教授である Yuning Li 氏は次のように述べています。

「私たちは、多機能のセンシング機能と自己発電の可能性を備えたファブリック素材を開発しました。これにより、スマートファブリックの実用的なアプリケーションに近づくことができます。」

チームによって設計されたファブリックは柔軟で、MXene ベースの熱電変換機能を備えており、ひずみ刺激と温度を正確に決定できます。これを達成するために、チームはナイロン生地の表面に接着性ポリドーパミン (PDA) の層を開発しました。これにより、水素結合による MXene の付着が促進されました。

MXene は、層構造、柔軟性、大きな表面積、電気伝導性および金属伝導性、生体適合性、親水性、サイズ調整可能性、豊富な表面化学などの特性の稀な組み合わせで多くの注目を集めています。研究では次のように指摘されています:

「結果として得られる MXene ベースの熱電ファブリックは、優れた温度検出能力とサイクル安定性を示すとともに、優れた感度、迅速な応答性 (60 ミリ秒)、ひずみセンシングにおける顕著な耐久性 (3200 サイクル) も実現します。」

この新しいファブリックは、市場の他のファブリックよりもコスト効率が高く、耐久性があり、安定しているだけでなく、頻繁な充電が必要な現在のウェアラブルデバイスとは異なり、外部電源を必要とせずに動作できます。このように、この研究は、スマートファブリックの進歩のために、導電性ポリマーとMXeneを現代のファブリック技術と統合することの大きな可能性を実証しています。

健康監視や食品や医薬品の保存のための高度な信号処理を提供するために急速に進化している AI など、テクノロジーのさまざまな進歩に注目し、これらすべての進歩は「従来のセンサーが頻繁に使用する包括的なデータ収集」に依存していると主張しました。面倒で、高価で、扱いにくいため、達成することはできません。これにより、スマートファブリックに埋め込まれた印刷センサーは、継続的なデータ収集と監視に最適になると Li 氏は付け加えました。

While this innovative fabric marks significant progress in making these applications feasible, the researchers will now focus on further improving the fabric's capabilities and incorporating it with electronic systems. A smartphone app may also be part of this future development to track and transmit data from the fabric to healthcare professionals for real-time, non-invasive health monitoring.

Pioneering Fabrics of the Future

Advancements in smart clothing have been happening rapidly for some time now. In 2016, researchers from the Georgia Institute of Technology in Atlanta created a micro-cable power fabric that could harvest energy from sunlight and motion.

For this, the scientists weaved thread with thin, fiber-based solar cells and triboelectric nanogenerators. The resultant smart fabric had a 320 μm thick single layer and could be integrated into tents, curtains, and various clothes. The textile, as per the study, could directly

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