洗濯、自動車やハンマーによる衝撃を耐えるスマートテキスタイルのセンサー

ad
ad
ad

(Sensor for smart textiles survives washing machine, cars and hammers)

2020/11/11 アメリカ合衆国・ハーバード大学

センサーの拡大図

・ ハーバード大学の SEAS とヴィース研究所が、テキスタイルやソフトロボティックシステムに埋め込める超高感度・超強靱な歪みセンサーを開発。
・ 現行のソフトな歪みセンサーは、高感度なほど脆弱であり、強靱なほど感度が低いため、感度と強度の両立が課題となっている。
・ 今回開発したセンサーは、ストレッチャブルな蛇行パターンに形成した炭素繊維を予ひずみを加えた 2 枚の弾性基板で挟んだ構造で、金属ワイヤをバネ状に巻いた玩具の「スリンキー」に類似。
・ 炭素繊維のコイルのエッジ同士が離れることでセンサー全体の導電性が変化する。微量の歪みでも同様のプロセスが起こる高感度を有する。
・ シリコンや金ナノワイヤを利用する現行の高感度なストレッチャブルセンサーと異なり、新センサーは特殊な製造技術やクリーンルームでの取り扱いが不要で、あらゆる導電性の材料による製造が可能。
・ 小刀による突き刺し、ハンマーによる殴打、自動車でのれき過や洗濯機での 10 回の洗濯による新センサーの強度の試験後も無傷であることを確認。また、新センサーを埋め込んだアームスリーブを装着して手を握る、開く等の様々なハンドジェスチャーによる感度の試験では、被験者の前腕筋肉の微小な変化を布地を通じて検出し、機械学習アルゴリズムがそれらのジェスチャーを正常に分類した。
・ 試験で使用したアームスリーブは VR シミュレーション、スポーツウェアからパーキンソン病のような神経変性疾患の臨床診断まで、幅広いアプリケーションが考えられる。高感度、強靱性に加えて製造が低コストのため、スマートテキスタイルやそれ以外での利用の可能性が期待できる。
・ 新センサーは身体への密接なインターフェイスを提供することから、現在衣類への統合を検討中。現行のアプローチでは不可能な、一日を通じた生体力学的・生理学的計測が可能となり、新たなアプリケーションの創造につながる。
・ 本センサー技術の知的財産権について、Harvard’s Office of Technology Development が申請済み。本研究は、ロボティクス、ウェアラブル技術および IoT の分野における同大学のイノベーションを促進する目的で 2016 年に設立された、同大学と Tata 間の 6 年間で 840 万ドルのリサーチアライアンスを通じた資金により実施された。
URL: https://www.seas.harvard.edu/news/2020/11/sensor-smart-textiles-survives-washingmachine-cars-and-hammers

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Nature 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Ultra-sensitive and resilient compliant strain gauges for soft machines
URL: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2892-6

Abstract

Soft machines are a promising design paradigm for human-centric devices1,2 and systems required to interact gently with their environment3,4. To enable soft machines to respond intelligently to their surroundings, compliant sensory feedback mechanisms are needed. Specifically, soft alternatives to strain gauges—with high resolution at low strain (less than 5 per cent)—could unlock promising new capabilities in soft systems. However, currently available sensing mechanisms typically possess either high strain sensitivity or high mechanical resilience, but not both. The scarcity of resilient and compliant ultra-sensitive sensing mechanisms has confined their operation to laboratory settings, inhibiting their widespread deployment. Here we present a versatile and compliant transduction mechanism for high-sensitivity strain detection with high mechanical resilience, based on strain-mediated contact in anisotropically resistive structures (SCARS). The mechanism relies upon changes in Ohmic contact between stiff, micro-structured, anisotropically conductive meanders encapsulated by stretchable films. The mechanism achieves high sensitivity, with gauge factors greater than 85,000, while being adaptable for use with high-strength conductors, thus producing sensors resilient to adverse loading conditions. The sensing mechanism also exhibits high linearity, as well as insensitivity to bending and twisting deformations—features that are important for soft device applications. To demonstrate the potential impact of our technology, we construct a sensor-integrated, lightweight, textile-based arm sleeve that can recognize gestures without encumbering the hand. We demonstrate predictive tracking and classification of discrete gestures and continuous hand motions via detection of small muscle movements in the arm. The sleeve demonstration shows the potential of the SCARS technology for the development of unobtrusive, wearable biomechanical feedback systems and human–computer interfaces.

タイトルとURLをコピーしました