帽子の裏にある信号を感知する洗練された糸

帽子の裏にある信号を感知する洗練された糸

パヤル・ダール著

電気技術者と繊維科学者のチームが、道路を安全に横断できる時期を着用者に知らせる帽子を発明しました。 研究者らの概念実証用のビーニー帽は、信号の変化を感知して、視覚障害を持つ歩行者に歩行可能であることを知らせるゲルマニウム繊維で編まれています。 このプロトタイプは、半導体コアを備えた繊維をどのようにして情報を収集、処理、保存する機能的な衣服に織り込むことができるかを示しており、いつか衣服のように着用できるコンピューターにつながる可能性があります。

衣料品に使用できるほど柔軟な導電性繊維を製造するのは簡単ではありません。 光学的および電気的特性によりウェアラブルエレクトロニクス業界で珍重されているシリコンとゲルマニウム元素の結晶形態は、保護被覆で包み、耐久性のあるストランドに紡ぐ必要があります。 熱延伸と呼ばれるプロセスを使用した以前の試みでは、通常短すぎるストランド (通常は数十センチメートル以下) しか製造できず、コアに破断やその他の使用不能な欠陥が残りました。 しかし今回、編まれたビーニー帽が証明したように、研究者らは初めて、光検出特性と電子特性を損なうことのない長くて柔軟な繊維を作成する方法を開発した。 研究チームはこれらの結果を最近の研究で説明しました。 自然。

一般的な熱延伸プロセスでは、シリコンをガラス管の中に入れ、両方の材料が十分に柔らかくなって細い繊維に伸びるまで加熱します。 しかし、シンガポールのナンヤン・テクノロジー社で機能性繊維を研究しているこの新しい研究の主任著者、レイ・ウェイ氏は、「シリコンとガラスの外側ジャケットはまったく異なるため、加熱すると、伸縮性においてまったく異なる挙動を示すことになる」と述べている。大学。 これらの材料の膨張または収縮の違いにより、繊維にストレスがかかり、半導体コアが破損する可能性があります。 「ストレスが原因です」とウェイ氏は言います。

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この問題に対処するために、ウェイ氏と彼のチームは機械エンジニアを招いて、加熱と延伸プロセスの各段階で作用する力を特定できるようにしました。 「私たちは彼らの理論を材料の選択の指針として利用しました」とウェイ氏は言います。 研究著者らは、適切な組み合わせを見つけると、欠陥や破損なく製造プロセスに耐えられる繊維を製造することができたと報告しています。 自然。

研究者らは、シリカガラス内にシリコンを、アルミノシリケートガラス内にゲルマニウムを配置することで、長さ約100メートルの連続繊維を製造した。 次に、ガラスクラッドをエッチングで除去し、ファイバを再度加熱して引き延ばし、今度はポリカーボネートプラスチックの中に半導体コアを埋め込みました。 「この繊維は非常に柔軟です」とウェイ氏は言い、そのため綿、ウール、シルクなどの生地で編んだり織ったりして「機能性繊維」を作ることができます。 「研究者らは、幅約 1 メートル、長さ約 10 メートルの生地のプロトタイプを作成しました。 繊維は水中でも機能し、他の耐久性や圧縮テストにも耐えました。

バージニア工科大学でスマートファイバーとウェアラブルデバイスに関する研究グループを率いるXiaoting Jia氏は、この研究がシリコンまたはゲルマニウムベースの半導体ファイバーの大規模生産への道を開くだろうと述べている。 ポリマー層を含めることで、柔軟性と断熱性が向上し、織物に織ったり編んだりするときに繊維を保護できると彼女は言います。 「これは非常に堅牢でスケーラブルなプロセスになります」と、この研究には関与していませんでしたが、この研究についての付随解説の共著者である Jia 氏は付け加えました。 自然。

潜在的な用途には、光感知帽子などの光学技術が含まれます。 ビーニー帽の繊維は、帽子の内部にある小さなインターフェイス ボードにデータを送信します。 このボードは、信号が赤または青になったときに着用者のスマートフォンを異なる振動で知らせるアプリと通信します。

チームが作成したもう 1 つのプロトタイプは、シリコン光電子繊維を組み込んだセーターです。 衣服は、光忠実度 (Li-Fi) 通信を使用してデータを送受信します。 この研究では、情報、この場合は建物の写真がバイナリコードに変換され、セーターによって光のパルスとして送信されました。 研究者らはまた、心拍数を監視する柔軟な時計バンドも実証した。

ソフトロボット工学と機能材料の専門家で、オーストラリアのニューサウスウェールズ大学医療ロボティクス研究室を所長するタン・ニョ・ドー氏は、この研究には関与していないが、この新しい技術により、手で編むのに十分な強度の半導体ファイバーが製造されると述べている。または機械 – 大規模な製造に適しています。 「圧力や温度を検出するセンサーやソフトロボットの制御など、より多くの機能を統合する新たな可能性が開かれる可能性があります」と彼は言う。

新しい発見は、研究者が他の元素で作られたより複雑な半導体コアファイバーの材料を選択し、構造を設計する際の指針となる可能性がある、とウェイ氏は言う。 彼のチームは今のところ構造をシンプルに保っているが、将来のテキスタイルはより複雑なデバイスとして機能する可能性がある。 進行中のプロジェクトの 1 つは、ファイバーをトランジスタに変える試みに関係しています。これは、コンピューティング デバイスを編むことができるようになるために必要なステップです。 最初のプロトタイプはセンサーに限定されていますが、ウェイ氏は将来ウェアラブル コンピューターが登場する可能性があると楽観的です。