電子繊維

電子繊維またはe-繊維は、バッテリー、ライト、センサー、マイクロコントローラーなどの電子部品を埋め込むことができる生地です。多くのスマート衣料、ウェアラブルテクノロジー、ウェアラブルコンピューティングプロジェクトではe-繊維が使用されています。^[1]

電子テキスタイルは、マイクロコントローラ、センサー、アクチュエータなどの電子要素とテキスタイルのシームレスな統合に重点が置かれているため、ウェアラブルコンピューティングとは異なります。さらに、e-テキスタイルはウェアラブルである必要はありません。たとえば、e-テキスタイルはインテリアデザインにも使用されています。

関連分野のファイバートロニクスでは、電子機能と計算機能を繊維に統合する方法を研究しています。

Cientifica Research の新しいレポートでは、繊維ベースのウェアラブル テクノロジーの市場、それを製造している企業、およびそれを実現するテクノロジーについて調査しています。レポートでは、繊維ベースのウェアラブル テクノロジーの 3 つの異なる世代を特定しています。

1. 「第一世代」はセンサーを衣服に取り付ける。このアプローチは現在、アディダス、ナイキ、アンダーアーマーなどのスポーツウェアブランドが採用している。
2. 「第 2 世代」製品では、Samsung、Alphabet、Ralph Lauren、Flex の現在の製品で実証されているように、衣服にセンサーが埋​​め込まれています。
3. 「第 3 世代」ウェアラブルでは、衣服自体がセンサーになります。この目的のために、圧力、歪み、温度センサーを作成する企業が増えています。

将来的には、e-テキスタイルのスポーツや健康関連製品、患者モニタリング用の医療機器への応用が期待されます。テクニカルテキスタイル、ファッション、エンターテインメントも重要な用途となるでしょう。^[2]

電子繊維、導電性糸、織物を作るのに必要な基本的な材料は、1000年以上前から存在しています。特に、職人たちは何世紀にもわたって、金や銀などの微細な金属箔を織物の糸に巻き付けてきました。^{[3]たとえば、}エリザベス1世のガウンの多くは、金で巻かれた糸で刺繍されていました。

19世紀末、人々が電気機器を発達させ、それに慣れるにつれて、デザイナーやエンジニアは電気と衣服や宝飾品を組み合わせ始め、照明付きでモーター付きのネックレス、帽子、ブローチ、衣装を次々と開発しました。^{[4] [5]}たとえば、1800年代後半には、エレクトリック・ガール・ライティング・カンパニーからライトがちりばめられたイブニングドレスを着た若い女性を雇い、カクテルパーティーのエンターテイメントを提供することもできました。^[6]

1968年、ニューヨーク市の現代工芸博物館は、テクノロジーと衣服の関係に焦点を当てた画期的な展覧会「ボディカバーリング」を開催した。この展覧会では、宇宙飛行士の宇宙服のほか、膨張・収縮、発光、加熱・冷却が可能な衣服が展示された。^[7]このコレクションで特に注目されたのは、エレクトロニックファッションのラインを創り出したデザイナー、ダイアナ・デューの作品である。^{[8]エレクトロニックファッションには、}発光するパーティードレスや警報サイレンを鳴らすベルトなどがある。^[9]

1985 年、発明家のハリー・ウェインライトは、初めて完全にアニメーション化されたスウェットシャツを製作しました。シャツは、光ファイバー、リード線、およびアニメーションの個々のフレームを制御するマイクロプロセッサーで構成されていました。その結果、シャツの表面にフルカラーの漫画が表示されました。1995 年、ウェインライトは、大量市場向けに十分な量を製造するために必要なプロセスである、光ファイバーを布地に機械加工できる最初の機械を発明し、1997 年には、セルバッハ マシナリーのドイツ人機械設計者、ハーバート・セルバッハを雇い、光ファイバーをあらゆる柔軟な素材に自動的に埋め込むことができる世界初のコンピューター数値制御 (CNC)マシンを製作しました。 1989 年に LED/光学ディスプレイと機械に基づく 12 件の特許のうち最初の特許を取得し、1998 年に最初の CNC マシンが生産され、1998 年にディズニー パークのアニメーション コートの生産が開始されました。LED/光学ディスプレイを採用した最初の ECG 生体物理ディスプレイ ジャケットは、2005 年にウェインライトと当時の Exmovere の CEO であった David Bychkov によって作成されました。このジャケットは、腕時計の GSR センサーを Bluetooth 経由でデニム ジャケットに埋め込まれた洗濯機で洗えるディスプレイに接続し、2007 年 5 月 7 日にワシントン DC で開催された Smart Fabrics Conference で実演されました。アリゾナ州フェニックスで開催された 2 つの Flextech Flexible Display カンファレンスでウェインライトによって追加のスマート ファブリック技術が発表され、IFF (敵味方識別)用の機械でファブリックに埋め込まれた赤外線デジタル ディスプレイが紹介されました。このディスプレイは 2006 年に BAE Systems に評価のために提出され、2010 年に NASA から技術賞で「佳作」を受賞しました。概要、「未来をデザインする」コンテスト。MIT の職員は、1999 年のデモンストレーションで研究者が着用する、完全にアニメーション化されたコートを数着購入し、「ウェアラブル コンピュータ」研究に注目を集めました。ウェインライトは、2012 年 6 月 5 日にオーストラリアのメルボルンで開催された Textile and Colorists Conference で講演するよう依頼されました。彼は、スマートフォンを使用して色が変わり、デジタル ディスプレイのない携帯電話で発信者を示し、財布や個人の持ち物を盗難から守る Wi-Fi セキュリティ機能を備えた布地の作品をデモンストレーションするよう依頼されました。

1990年代半ば、スティーブ・マン、サド・スターナー、サンディ・ペントランドが率いるMITの研究者チームが、ウェアラブル・コンピュータと呼ばれるものの開発を始めた。これらのデバイスは、身体に装着して持ち運ぶ従来のコンピュータハードウェアで構成されていた。これらの研究者が直面した技術的、社会的、設計上の課題に応えて、マギー・オースとレミ・ポストを含むMITの別のグループは、そのようなデバイスを衣類やその他の柔らかい基材にもっとうまく統合する方法を模索し始めた。他の開発の中でも、このチームはデジタル電子機器を導電性繊維と統合する方法を模索し、電子回路を刺繍する方法を開発した。^{[10] [11]}最初に市販されたウェアラブルなArduinoベースのマイクロコントローラの1つであるLilypad Arduinoも、MITメディアラボのリア・ビュークリーによって作成された。

CuteCircuit のようなファッションハウスは、オートクチュール コレクションや特別プロジェクトに電子テキスタイルを活用しています。CuteCircuit の Hug Shirt を使用すると、ユーザーは衣服内のセンサーを通じて電子ハグを送信できます。

電子テキスタイルの分野は、主に 2 つのカテゴリに分けられます。

• 導体、集積回路、LED、OLED、従来の電池などの古典的な電子デバイスを衣服に組み込んだ電子繊維。 ^[12]
• 電子繊維は、繊維基材に直接電子部品が組み込まれている。^[13]これには、導体や抵抗器などの受動的な電子部品、またはトランジスタ、ダイオード、太陽電池などの能動的な部品が含まれる。

E-テキスタイルは主に導電性糸、繊維、織物ですが、サプライヤーとメーカーの残り半分はポリアセチレンやポリフェニレンビニレンなどの導電性ポリマーを使用しています。^[14]

研究および商業用の電子テキスタイルプロジェクトのほとんどは、テキスタイルに埋め込まれた電子部品が従来の電子機器や部品に接続されたハイブリッドです。導電性繊維織りを使用して完全にテキスタイル形状に構築されたタッチボタンが、音楽プレーヤーなどのデバイスや、織り込まれた導電性繊維ネットワークに取り付けられたLEDに接続され、ディスプレイを形成します。^[15]

生理学的および環境的モニタリングのための印刷センサーは、綿^[16]、 [ 17 ^]ゴアテックス^[18]、ネオプレン^[19]などの繊維製品に組み込まれています。

スマート繊維生地は、伝統的な綿、ポリエステル、ナイロンから、機能が統合された先進的なケブラーまで、さまざまな素材から作ることができます。しかし、現在注目されているのは、導電性のある生地です。^[20]導電性生地は、織られた繊維や生地の周りに金属ナノ粒子を堆積させることで製造されています。その結果得られる金属生地は、導電性、親水性、高い電気活性表面積を備えています。これらの特性により、DNAやタンパク質の検出で実証されている電気化学バイオセンシングの理想的な基板となっています。^[21]

健康モニタリング用に開発され研究されているスマート テキスタイル (ファブリック) 製品には、テキスタイル ベースのセンサー エレクトロニクスを備えたファブリックと、従来のセンサー エレクトロニクスを包むファブリックの 2 種類があります。織り方によって導電性糸をファブリックに組み込むことで、「ウェアラブル マザーボード」として使用できるテキスタイルが得られることがわかっています。ウェット ゲル ECG 電極など、身体の複数のセンサーを信号取得エレクトロニクスに接続できます。その後の研究では、導電性糸は、ファブリックに織り込まれた銀または導電性金属コアでコーティングされたファブリックまたは金属メッシュで作られたテキスタイル ベースのセンサーの製造に役立つことがわかっています。^[22]

研究において、ECG センサー電極を備えた衣服の製造には、大きく分けて 2 つのアプローチがあります。

• 完成した衣服の機能化またはセンサー要素との統合による完成した衣服。このアプローチでは、衣服の適切な場所に電極を縫い付けるか、または堆積技術を使用して機能材料を適切な場所に転写するだけで、完成した衣服に完成した電極を統合します。
• 未完成の衣服。衣服の製造工程中にスマート素材を導入すること。これは完成品アプローチでは、機能素材を含んだ織物や不織布を形成するために繊維製造技術を使用することを伴います。^[22]

古典的電子工学と同様に、繊維上に電子機能を構築するには、導電性繊維などの導電性および半導体材料を使用する必要があります。^{[要出典]今日では、織物繊維に}金属繊維を混ぜて、織ったり縫ったりできる導電性繊維を形成した繊維が数多く市販されています。 ^[23]しかし、金属と古典的半導体はどちらも硬い材料であるため、使用中に繊維が大きく伸びたり曲がったりするため、繊維用途にはあまり適していません。

スマートウェアラブルは、衣服に組み込むことができる消費者向け接続型電子デバイスです。^{[引用が必要]}

電子繊維の最も重要な課題の一つは、繊維が洗濯可能であることである。したがって、電気部品は損傷を防ぐために洗濯中に絶縁する必要がある。^[24]

電子繊維に適した新しい種類の電子材料は、有機電子材料です。これは、導電性だけでなく半導体性もあり、インクやプラスチックとして設計できるためです。^{[引用が必要]}

ラボで実証された最も高度な機能の一部は次のとおりです。

• 有機繊維トランジスタ：^{[25] [26]}繊維製造と完全に互換性があり、金属を一切含まない最初の繊維トランジスタ。
• 繊維上の有機太陽電池^[27]

• 心拍数、呼吸数、体温、活動、姿勢などのバイタルサインの健康モニタリング。
• スポーツトレーニングデータの取得
• 危険物を取り扱う人員の監視
• 戦闘中の兵士の位置と状態を追跡する
• 軍事用アプリ - 兵士の防弾 ケブラーベスト。着用者が撃たれた場合、この素材が弾丸の衝撃を感知し、基地に無線メッセージを送信します^。[28]
• パイロットやトラック運転手の疲労の監視
• 切断患者の不快感の診断^[29]
• 事故や出生によって失われた感覚を取り戻す
• 革新的なファッション（ウェアラブルテクノロジー） - 電子テキスタイルは、健康指標（心拍数、体温、筋肉活動）となる衣類やアクセサリーなどのハイテクウェアに使用されています。
• ファッション業界 – 電子テキスタイルは、製品の視覚的なプレゼンテーションを強化するために衣服やアクセサリーの製造に使用されます。
• 支援技術：障害のある人を助ける衣服
• インタラクティブな教育ツール: 音と光で子供たちの学習を助ける衣服やおもちゃ
• 環境モニタリング衣類：空気が汚れているかきれいかがわかる衣類

• アクティビティトラッカー
• 衣料技術
• コンピュータを介した現実
• サイボーグ
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