Research press release

【材料】半導体デバイスをスマート衣類に織り込む

Nature

Materials: Fashioning semiconductor devices into smart clothing

新しい作製方法を用いて、発光ダイオードとセンサーをテキスタイルグレードの高分子ファイイバーに直接織り込むことが可能になったことを報告する論文が、今週掲載される。この作製方法は、光通信と健康状態のモニタリングを行う新しい形態のウエアラブル技術を作り出す上で利用できる可能性がある。

光を発したり検出したりできる半導体ダイオードは、通信技術とセンサー技術の基本構成要素だが、こうしたダイオードを布地に組み込むことができれば、さまざまな新しいウエアラブル電子機器の生産が可能になる。ところが、半導体デバイスの機能とファイバーによるテキスタイル生産のスケーラビリティーを組み合わせることは難題だ。

今回、Yoel Finkたちの研究グループは、半導体デバイスが組み込まれた、中空の導管のある大きな高分子塊を出発材料に用いた。Finkたちは、この導管に電線を通してから、出発材料を加熱して引き伸ばし、発光ダイオードまたは光検出ダイオードに電気的に接続された、1本の細長く伸長させたファイバーを作り上げた。それぞれのファイバーは、長さ方向に一定の間隔で配置された。この作製方法は、もともとスケーラビリティーがあり、これらの機能性ファイバーを数百メートル分成形することが可能だ。このように引き伸ばされたファイバーを使えば、布地を容易に織ることができる。

Finkたちは、このダイオードファイバーを標準的な家庭用洗濯機で10サイクル洗濯して、ダイオードファイバーの性能に悪影響が生じなかったことを確認し、その耐久性を実証した。また、Finkたちは、発光ダイオードを織り込んだ布地と光感知ダイオードを織り込んだ布地の間に双方向光通信回線を設定して、スマートテキスタイルを使った着用者の心拍数測定が可能なことを明らかにした。

この新しい製造プロセスは、さらに高度な機能を有する布地を編むパターンを示しており、Finkたちは、スマートテキスタイルとウエアラブル技術が常に高度化するというムーアの法則に相当する法則が当てはまる可能性に道を開くものだと結論付けている。

Light-emitting diodes and sensors can be woven directly into textile-grade polymer fibres by means of a new fabrication method unveiled in this week’s Nature. The process could be used to create new forms of wearable technology capable of performing optical communication and health monitoring.

Semiconductor diodes that can emit or detect light are fundamental building blocks in communication and sensor technologies. Building them into fabrics could unlock a tapestry of new electronic wearables. It has proven knotty, however, to marry the function of semiconductor devices with the scalability of fibre-based textiles.

Yoel Fink and colleagues start with a larger polymer mass containing the semiconductor devices alongside a hollow channel. The material is heated and drawn out while wire is spooled into the channels, forming an extended strand of fibre with electrically connected diodes - either light-emitting or photodetecting - spaced out along its length. The process is inherently scalable, allowing the fashioning of hundreds of metres of these functional fibres. Once drawn, the fibres can be easily woven into fabric.

The authors demonstrate the durability of their diode fibres by running them through ten cycles in a standard, household washing machine, which did not negatively impact their performance. They also show that a two-way optical communication link can be established between two fabrics containing light-detecting and light-emitting fibres, and that the smart textiles can be used for measurements of the wearer’s heart rate.

The new manufacturing process provides a pattern from which to knit up fabrics with even more advanced functions, the authors conclude, opening up the potential for a Moore’s law analogue for smart textiles and wearable technologies of ever-increasing sophistication.

doi: 10.1038/s41586-018-0390-x|英語の原文

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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