スマートファブリック: ファッションとエネルギーの未来

外部電源を必要とせずに、単独で体温を監視したり、活動を追跡したり、快適に過ごしたりすることができます。

Imagine clothing that monitors your temperature, tracks your activity, or keeps you cozy all by itself without needing an external power source.

外部電源を必要とせずに、衣服だけで体温を監視し、活動を追跡し、快適さを保つ衣服を想像してみてください。

Well, all this and more is fast becoming a reality thanks to all the research and development happening at the intersection of tech and clothing.

テクノロジーと衣料品の交差点で行われている研究開発のおかげで、これらすべてとそれ以上のことが急速に現実になりつつあります。

Technological advancement has been transforming our lives by making our phones and home appliances smarter. Now, even our clothes are becoming smart, unlocking possibilities that pave the way for an exciting and more sustainable future.

テクノロジーの進歩により、携帯電話や家電製品がよりスマートになり、私たちの生活が変わりました。今では私たちの衣服もスマートになり、エキサイティングでより持続可能な未来への道を切り開く可能性が開かれています。

The global smart textile market is already valued at $4.1bln and is projected to rise to $24.5 bln by 2032. Interestingly, energy harvesting currently accounts for the largest share of this market, according to Markets and Markets.

世界のスマート テキスタイル市場はすでに 41 億ドルと評価されており、2032 年までに 245 億ドルに増加すると予測されています。興味深いことに、Markets and Markets によると、現在、エネルギーハーベスティングがこの市場で最大のシェアを占めています。

Energy harvesting is converting ambient energy into electrical energy to power autonomous electronic devices. This energy can be harvested from various sources, including mechanical and thermal. To create energy-harvesting textiles, active materials are usually added to the textile's surface or woven or embroidered into it.

エナジーハーベスティングとは、自律型電子デバイスに電力を供給するために、周囲のエネルギーを電気エネルギーに変換することです。このエネルギーは、機械的エネルギーや熱的エネルギーなど、さまざまなエネルギー源から得ることができます。エネルギーハーベスティング織物を作成するには、通常、活性材料が織物の表面に追加されるか、織り込まれたり、刺繍されたりします。

Such smart fabrics can potentially be utilized as an alternative to batteries, which require recharging or periodic replacement because they contain only a finite amount of energy. In wearable textile applications, batteries tend to be rigid, bulky items that must be removed before washing and hence need improvement.

このようなスマートファブリックは、限られた量のエネルギーしか含まないため、再充電または定期的な交換が必要なバッテリーの代替品として利用できる可能性があります。ウェアラブル繊維用途では、バッテリーは硬くてかさばるアイテムになる傾向があり、洗濯前に取り外す必要があるため、改善が必要です。

While still at a relatively early stage, this sector is growing rapidly, driven by a combination of factors, including technology advances, design, consumer demand, miniaturization, and government policies.

この分野はまだ比較的初期段階にありますが、技術の進歩、デザイン、消費者の需要、小型化、政府の政策などの要因の組み合わせによって急速に成長しています。

Now, let's take a look into the exciting innovations in the sector and the literal power of the clothes that we wear!

では、この分野におけるエキサイティングなイノベーションと、私たちが着る服の文字通りの力を見てみましょう。

Smart Fabric to Convert Body Heat Into Electricity

体温を電気に変換するスマートファブリック

One of the most recent and electrifying developments was made by researchers from the University of Waterloo in collaboration with a leading institution in textile science and engineering at Jiangnan University, who created a smart fabric that converts thermal energy from the body and sunlight into electrical power.

最新の衝撃的な開発の 1 つは、ウォータールー大学の研究者が繊維科学および工学の主要機関である江南大学と協力して行ったもので、身体と太陽光からの熱エネルギーを電力に変換するスマート ファブリックを作成しました。

This smart fabric has the capability to generate power, observe health metrics, and track physical activity. These sensors allow the fabric to detect temperature changes and monitor pressure, stress, and chemical composition.

このスマート ファブリックには、電力を生成し、健康指標を観察し、身体活動を追跡する機能があります。これらのセンサーにより、生地は温度変化を検出し、圧力、応力、化学組成を監視できるようになります。

A promising application of this fabric is smart face masks that can track the temperature and rate of your breath as well as detect chemicals to help identify conditions like lung cancer and viruses. According to Yuning Li, director of the Printable Electronic Materials Lab at Waterloo and a professor in the Department of Chemical Engineering:

この生地の有望な用途は、温度と呼気の速度を追跡し、化学物質を検出して肺がんやウイルスなどの状態を特定するのに役立つスマート フェイス マスクです。ウォータールー大学の印刷可能な電子材料研究所の所長であり、化学工学部の教授である Yuning Li 氏は次のように述べています。

“We have developed a fabric material with multifunctional sensing capabilities and self-powering potential (that) brings us closer to practical applications for smart fabrics.”

「私たちは、多機能センシング機能と自己給電の可能性を備えたファブリック素材を開発しました。これにより、スマートファブリックの実用化に近づくことができます。」

The fabric designed by the team is flexible, MXene-based, thermoelectric, and can precisely determine strain stimuli and temperature. To achieve this, the team developed a layer of adhesive polydopamine (PDA) on the surface of the nylon fabric, which facilitated the MXene attachment through hydrogen bonding.

チームが設計したファブリックは柔軟性があり、MXene ベースの熱電機能があり、ひずみ刺激と温度を正確に決定できます。これを達成するために、チームはナイロン生地の表面に接着性ポリドーパミン (PDA) の層を開発しました。これにより、水素結合による MXene の取り付けが容易になります。

MXene has been drawing a lot of attention for its rare combination of properties like layered structure, flexibility, large surface area, electric and metallic conductivity, biocompatibility, hydrophilicity, size tunability, and rich surface chemistry. The study noted:

MXene は、層状構造、柔軟性、大きな表面積、電気伝導性および金属伝導性、生体適合性、親水性、サイズ調整可能性、豊富な表面化学などの特性の稀な組み合わせで多くの注目を集めています。研究では次のように指摘されています。

“The resultant MXene-based thermoelectric fabric exhibits outstanding temperature detection capability and cyclic stability while also delivering excellent sensitivity, rapid responsiveness (60 ms), and remarkable durability in strain sensing (3200 cycles).”

「結果として得られたMXeneベースの熱電ファブリックは、優れた温度検出能力とサイクル安定性を示すと同時に、優れた感度、迅速な応答性(60ミリ秒)、ひずみ感知における顕著な耐久性(3200サイクル)も実現します。」

The novel fabric is not only more cost-effective, durable, and stable than other fabrics on the market, but unlike the current wearable devices that need frequent recharging, this one can operate without requiring an external source of power. This way, the research demonstrates the huge potential of integrating conductive polymers and MXene with modern fabric tech for the advancement of smart fabrics.

この新しいファブリックは、市場にある他のファブリックよりもコスト効率が高く、耐久性があり、安定しているだけでなく、頻繁な充電が必要な現在のウェアラブル デバイスとは異なり、外部電源を必要とせずに動作できます。このように、この研究は、スマートファブリックの進歩のために、導電性ポリマーとMXeneを最新のファブリック技術と統合することの大きな可能性を実証しています。

Noting the various progress made in tech, including AI, which is evolving rapidly to offer advanced signal processing for health monitoring and the preservation of food and pharmaceuticals, Li argued that all these advancements rely on ‘comprehensive data collection, which traditional sensors—often cumbersome, expensive, and unwieldy—are unable to achieve.' This makes printed sensors, embedded in smart fabrics, ideal for continuous data collection and monitoring, Li added.

リー氏は、健康監視や食品や医薬品の保存のための高度な信号処理を提供するために急速に進化しているAIなど、テクノロジーのさまざまな進歩に言及し、これらすべての進歩は「従来のセンサーでは扱いにくい包括的なデータ収集」に依存していると主張した。 、高価で扱いにくいため、達成することはできません。これにより、スマートファブリックに埋め込まれた印刷センサーは、継続的なデータ収集と監視に理想的になる、とリー氏は付け加えた。

While this innovative fabric marks significant progress in making these applications feasible, the researchers will now focus on further improving the fabric's capabilities and incorporating it with electronic systems. A smartphone app may also be part of this future development to track and transmit data from the fabric to healthcare professionals for real-time, non-invasive health monitoring.

この革新的なファブリックは、これらの用途を実現可能にする上で大きな進歩を示していますが、研究者らは今後、ファブリックの機能をさらに向上させ、それを電子システムに組み込むことに焦点を当てます。リアルタイムで非侵襲的な健康状態をモニタリングするために、ファブリックから医療専門家にデータを追跡して送信するスマートフォン アプリも、この将来の開発の一部になる可能性があります。

Pioneering Fabrics of the Future

未来の先駆的なファブリック

Advancements in smart clothing have been happening rapidly for some time now. In 2016, researchers from the Georgia Institute of Technology in Atlanta created a micro-cable power fabric that could harvest energy from sunlight and motion.

スマート衣料品の進歩はここしばらく急速に起こっています。 2016 年、アトランタのジョージア工科大学の研究者は、太陽光と動きからエネルギーを収集できるマイクロケーブル パワー ファブリックを作成しました。

For this, the scientists weaved thread with thin, fiber-based solar cells and triboelectric nanogenerators. The resultant smart fabric had a 320 μm thick single layer and could be integrated into tents, curtains, and various clothes. The textile, as per the study, could directly

このために科学者たちは、細い繊維ベースの太陽電池と摩擦電気ナノ発電機を織り込んだ糸を編みました。得られたスマートファブリックは厚さ 320 μm の単層で、テント、カーテン、さまざまな衣服に組み込むことができました。研究によると、繊維は直接