ウェアラブルセンサーの画期的な進歩? NCSUのエンジニアは「呼吸」できる伸縮性のある電子材料を開発
発行日:ローリー – 工学研究者らは、ガス透過性があり「呼吸」できる極薄の伸縮性電子材料を開発しました。この材料は、ガス透過性により汗や揮発性有機化合物が皮膚から蒸発し、特に長時間着用してもユーザーにとって快適になるため、バイオメディカル技術やウェアラブル技術での使用に特化して設計されました。
「ガス透過性は、従来の伸縮性電子機器に比べて大きな進歩です」と、この研究論文の共著者でノースカロライナ州立大学の機械・航空宇宙工学教授であるヨン・チュー氏は言う。「しかし、この材料を作るために私たちが使った方法も重要です。なぜなら、それは規模を拡大しやすい単純なプロセスだからです。」
具体的には、研究者らはブレスフィギュア法と呼ばれる技術を使用して、穴が均一に分布した伸縮性のあるポリマーフィルムを作成しました。フィルムは、銀ナノワイヤを含む溶液に浸してコーティングされます。研究者らは次に、材料を熱プレスしてナノワイヤを所定の位置に密封します。
「このフィルムは、電気伝導性、光透過性、水蒸気透過性の優れた組み合わせを示します」とチュー氏は言う。「また、銀ナノワイヤがポリマーの表面のすぐ下に埋め込まれているため、この素材は汗をかいても、長期間着用しても優れた安定性を示します。」
「最終的な結果は非常に薄く、わずか数マイクロメートルの厚さです」と、論文の共著者で、ノースカロライナ州立大学の元博士研究員で現在はストーニーブルック大学の教授であるシャンシャン・ヤオ氏は言う。「これにより、皮膚との接触が改善され、電子機器の信号対雑音比が向上します。」
「ウェアラブル電子機器のガス透過性は、快適さのためだけに重要なのではありません」とヤオ氏は言う。「ウェアラブルデバイスがガス透過性でなければ、皮膚の炎症を引き起こす可能性もあります。」
この材料がウェアラブル電子機器に使用できる可能性を実証するために、研究者らは 2 つの代表的な用途のプロトタイプを開発し、テストしました。
最初のプロトタイプは、電気生理学的センサーとして使用するための、皮膚に取り付け可能なドライ電極で構成されていました。これらは、心電図 (ECG) や筋電図 (EMG) 信号の測定など、さまざまな用途に使用できます。
「これらのセンサーは、市販の電極と同等の優れた品質の信号を記録することができました」とチュー氏は言う。
2番目のプロトタイプは、人間と機械のインターフェースのためのテキスタイル統合タッチセンサーを実証しました。著者らは、テトリスなどのコンピューターゲームをプレイするために、多孔質電極を統合したウェアラブルテキスタイルスリーブを使用しました。関連ビデオは以下でご覧いただけます。 https://youtu.be/7AO_cq8A_BE
「長期間着用できるウェアラブルセンサーやユーザーインターフェースを開発したい場合、ガス透過性の電子材料が必要です」とチュー氏は言う。「ですから、これは大きな前進です。」
彼の紙、 「多孔質電極を備えたガス透過性、超薄型、伸縮性表皮エレクトロニクス」 ACS Nano誌に掲載されました。論文の第一著者は、ノースカロライナ州立大学の客員研究員としてこのプロジェクトに取り組んだ南京郵電大学（NUPT）の博士課程学生、Weixin Zhou氏です。論文は、ノースカロライナ州立大学の博士課程学生、Hongyu Wang氏とNUPTのQingchuan Du氏が共著しました。論文の共同責任著者は、NUPTの教授、Yanwen Ma氏です。
この研究は、国立科学財団（助成金番号 CMMI-1728370）の支援を受けて行われました。
(C)NCSU
元の記事の出典: WRAL TechWire