デラウェア大学のエンジニアは、 タッチセンシティブなスマートテキスタイル ナイロン、綿、ウールなどのさまざまな繊維をカーボンベースのナノマテリアルでコーティングすることによって。

結果として得られる生地には、広範囲の圧力を検出できる新しい感知能力が備わっています。 指先の軽いタッチやフォークリフトにひかれたときなど、それがいつか衣服や靴に使われて人間の動きを検知するようになるかもしれない。

「低コストのセンサーは薄くて柔軟性があるため、日常生活のデータを保存する電子機器を組み込んだカスタムの履物やその他の衣類を作成できる可能性があります。」 サーガル・ドシ機械工学の博士課程の学生であり、この研究の筆頭著者である同氏は声明で述べた。

「このデータは後で研究者やセラピストによって分析され、パフォーマンスを評価し、最終的には医療費を削減することができます。」

研究はジャーナルに発表されています ACSセンサー.

カーボンナノチューブ

繊維コーティングを作成するために、研究者らはカーボンナノマテリアルに注目しました。

「私の研究室グループは、過去数年間にわたってカーボンベースのナノマテリアルの処理、特性評価、モデリングに携わってきました」と氏は述べた。 エリック・トーステンソン、機械工学科および材料科学工学科の准教授。

「私たちは、ナノ複合繊維コーティングを作成するための水ベースのスケーラブルな電気泳動堆積技術を開発しました。 この製造技術を使用することで、当社は綿、ナイロン、ポリエステル、ウール、ガラス、アラミドなどのさまざまな生地をコーティングできる独自の能力を備えています。」

カーボン ナノチューブは、軽くて柔軟で通気性のある生地のコーティングに神経のような感知能力を与えます。 材料が絞られると、布地内の大きな電気的変化が簡単に測定されます。

「私たちの研究を通じて、コーティングされた繊維素材が持つ独特の圧力とひずみの感知能力を発見しました。 最終的な目標は、スマート衣類からテクノロジーを適用できる大規模構造物に至るまで、さまざまな用途を探ることです」とトーステンソン氏は述べた。

より良い方法

この方法を使用すると、研究者は既存の技術よりも快適な方法でセンサーを布地に追加できます。

メッキなどのスマートテキスタイルを作成するための現在の方法 繊維に金属を使用したり、繊維と金属のストランドを編んだりすると、生地の快適性や耐久性が低下することがよくあるとトーステンソン氏は説明しました。

しかし、Doshi と Thostenson が開発したナノコンポジット コーティングは、柔軟性があり、触り心地も快適で、さまざまな天然繊維と合成繊維でテストされています。

さらに、コーティングの厚さはわずか 250 ～ 750 ナノメートルで、一般的な靴や衣類の重量増加はわずか XNUMX グラム程度です。

さらに、センサーのコーティングに使用される材料は安価で、比較的環境に優しいとトーステンソン氏は説明しました。

「一般的な意見に反して、これらの新しいセンサーに使用される材料のコストはそれほど高くありません。 これらの新しいセンサーの主な有効成分であるカーボン ナノチューブは、現在では工業規模で製造されています」とトーステンソン氏は述べています。

「当社の製造は室温で行われ、刺激の強い化学薬品を使用せずに水浴を使用するため、加工コストが大幅に低くなります。」

将来のアプリケーション

「このテクノロジーの最もエキサイティングな用途の XNUMX つは、スマート ガーメントを使用して人間の動きを分析することです」とトーステンソン氏は述べています。

「これらのスマート衣類は、医療業界で患者のリハビリテーション、小児の運動障害の評価、生物医学機器などに応用されています。」

たとえば、ある用途では、センサーでコーティングされた生地を使用して、人々が歩くときに足にかかる力を測定できます。 このようなデータは、臨床医が怪我後の不均衡を評価したり、アスリートの怪我を予防したりするのに役立つ可能性があります。

研究者らは以下と協力している ジル・ヒギンソン機械工学の教授であり、UD の神経筋生体力学研究室の所長である博士は、これらのセンサーが靴に埋め込まれた場合に、動きを捕捉するために使用される生体力学研究室の技術とどのように比較するかを調べました。

「私たちのアイデアの XNUMX つは、これらの新しい繊維を実験室の環境の外で、つまり道を歩いていても、自宅でも、どこでも利用できるということです」とトーステンソン氏は声明で述べた。

研究者らは予備テストで、センサーが数千ドルもする高価な実験装置であるフォースプレートのようにデータを収集することを発見した。

次は何ですか？

現在、研究者らは生体力学の教授と協力して人体でセンサーをテストしており、ファッションとアパレルの研究の専門知識を持つ教授が非侵襲的な方法でセンサーを統合するのを手伝っている。

さらに、センサーの感度を最適化し、製造プロセスをスケールアップするための研究も研究室で行われているとトーステンソン氏は説明した。

「これらのセンサーには多くの潜在的な用途があるため、私たちは産業界や他の研究者と協力して特定の用途を開発することを楽しみにしています」と同氏は述べた。