材料科学：ベクトル刺激応答型の磁気粘性繊維材料

外部刺激に応答して可逆的に作動したり機械的特性を適応させたりする繊維材料は、スマートテキスタイル、ソフトロボティクス、ウエアラブル技術に大変有望である。電圧、温度、湿度、イオン濃度などのスカラー刺激に応答する繊維材料の作製においては大きな進歩が見られるが、こうした技術は方向制御性や機能的多様性に欠けることが多い。今回我々は、テキスタイルの構造力学と軟磁性材料の磁気学とを統合した工学モデルから指針を得た、ベクトル刺激応答型の磁気粘性繊維材料群を報告する。我々は、最適化された機械的特性と磁気的特性を持つ軟磁性高分子コンポジット繊維を大量に製造し、次に、これらをより合わせて同心らせん状の糸を作製した。こうした糸は、磁場の方向と強さによって制御される顕著な曲げ特性や硬化特性を示し、さまざまなアクチュエーション機能や硬化機能を持つカスタマイズされた織物の実現を可能にした。我々は、そうした織物に基づいて、個人の湿度管理用の能動的な通気性織物、さまざまな形状や剛性の物体を扱う一体型適合性グリッパー、織物の硬さや滑らかさの感覚を再現する小型の遠隔操作可能な触覚指サックといった革新的なスマートテキスタイルを実証した。今回の研究成果は、刺激応答型繊維材料に関する知見をもたらしており、そうした材料をスカラー制御から精巧なベクトル制御に引き上げるとともに、スマートテキスタイルイノベーションの時代の到来を告げている。

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