布のようにしなやかなセンサーが、ウェアラブル端末を「柔らかく」する
普通のグレーのTシャツから切り取った、四角い布を想像してほしい。ナイロンとスパンデックスからできているため、コットン製のTシャツよりも伸縮性がある。しかし、この布が特別な点はほかにもある。布の端を折り返してみると、裏側はメタリックな光沢を帯びている。つまり、電気を通すのだ。
この布の名は「Shieldex」。繊維工学者のアスリ・アタライとハーヴァード大学の彼女のチームは、柔らかくて伸縮性のある動作測定用センサーを開発するために、まさにこのような導電性の布を必要としていた。金属の光沢は、しなやかな繊維をコーティングする銀に由来するもの。これによってShieldexは伸縮性を保ちながら、電気を通す。
ロボティクス研究者たちが、金属部品やシリコンチップを使って多くを成し遂げてきたのは確かだ。しかし、ウェアラブルデヴァイスが柔らかくなれば、人間への危険を減らしつつ、びんのふたを開けるといった補助を提供できる。例えば握力を向上させる手袋や、外骨格として着る人をサポートする袖などだ。
導電性の布が、静電容量を検知するセンサーに
Shieldexを用いたセンサーをつくるには、まず柔らかい絶縁体のシリコンフィルムを高性能化した2層の布で挟む。できた布を高精度のレーザーカッターで希望の形に切り取り、導線をくっつけるために接着剤の上からアイロンをかける。ジージャンに、アイロンでくっつくワッペンを貼りつけるようにだ。
ここでつくっているのは、専門用語で「平行板コンデンサー」と呼ばれるものである。両側の金属メッキされた布は電極であり、等量の、しかし異符号の電荷を蓄積する。布が伸ばされると、電極の間にある絶縁体のシリコンが薄く、電極が大きく、そして電極同士が近くなるため、センサーの静電容量（導体平板に蓄えられた電荷を、平板間の電位差で割った値）が変化する。
この静電容量の変化を利用して、どのように布が伸ばされているかを測定するのである。これで、伸縮性のあるしなやかなモーションセンサーの完成だ。
IMAGE COURTESY OF WYSS INSTITUTE AT HARVARD UNIVERSITY
VRギアや宇宙空間での応用も
アタライたちは、このセンサーを手袋の指の部分につけ、異なった手の姿勢による静電容量の違いを記録した。
論文の共著者でバイオエンジニアのコナー・ウォルシュは、Tシャツにセンサーを埋め込むことで、心拍数を測定できるのではないかと想像する。しかし、こういった商品が店頭に並ぶことを想定するのは、少し気が早い。「20回の洗濯に耐えられるかテストするというような段階には、まだ達していないのです」 と、ウォルシュは言う。
カリフォルニア大学サンディエゴ校のソフトエレクトロニクス研究者であるシェン・シューは、手袋が本当に完全に統合されたウェアラブルシステムになるためには、ワイヤレス通信、データストレージ、そして電力のためのチップが必要だと言う。シューは伸縮可能なリチウムイオン電池の研究を進めている。ほかにも、新しいタイプの光ファイバーやBluetoothアンテナ、プロセッサーの開発を行っている研究グループがある。
多くのグループが、伸縮性のあるセンサーの開発に挑戦してきた。彼らはカーボンナノチューブ、グラフェン、そして液体金属を電極として使って類似のものを開発した。しかしウォルシュは、自分たちのプロセスならセンサーの大量生産が可能なのだと熱く語った。
大量生産できるというなら、確かに熱くなるに値する。伸縮可能な電子機器は、ほかのヒューマン・マシン・インターフェースにも転用可能だからだ。
シューの見解によれば「ヴァーチャルワールドも基本的には電子機器」なのであり、このようなセンサーが仮想現実（VR）用のギアにも数多く用いられるようになるという。また、膨らませて使うロボットや、NASAがテストしている膨らませる宇宙用居住空間は、布と一体化されたセンサーの恩恵を受けるだろう。まさに、これからの時代の“テッパン技術”というわけだ。RELATED
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