次世代センサー：自己組み立て可能で高導電性のウェアラブルテクノロジーの向上へ

Tokyoペンシルバニア州立大学の研究者たちは、柔らかく、伸縮性があり、自ら組み立てることができる3Dプリント素材を開発しました。この新しい素材は、ウェアラブルデバイスやソフトロボット、そして肌に装着できるエレクトロニクスに役立ちます。この素材は電気を良く伝導し、従来の方法における複雑な手順を必要としないという大きな問題を解決しています。

新しい素材は以下の要素を融合しています。

• 液体金属
• 導電性ポリマー混合物 (PEDOT:PSS)
• 親水性ポリウレタン

印刷して加熱すると、材料の底面にある液体金属粒子が導電経路を形成します。一方、上面の粒子は酸化して絶縁層を生成します。この配置には二つの利点があります。導電層は、筋肉の動きや身体のひずみを感知するセンサーへの情報伝達に重要です。また、絶縁層は信号が漏れるのを防ぎ、収集したデータの精度を高めます。

ペンシルベニア州立大学の助教であるタオ・ジョウ氏がこの研究を主導しました。彼は、柔軟で伸縮可能な導電体を作ることが過去10年間の目標であったと説明しています。液体金属を基にした導電体は電気を良く伝導するため有望視されていましたが、機能させるためには伸ばしたり圧縮したり、レーザーを使ったりするなどの追加の工程が必要でした。これらのプロセスが複雑さを増し、さらに液体金属の漏れといった問題を引き起こしていました。

この新しい3Dプリンタ用素材は効果的な解決策を提供します。「私たちの方法では、素材を導電性にするために特別な手順は必要ありません」と周は述べました。この素材は自ら形成され、下側が導電性になり、上側が絶縁された状態になります。この素材科学における進展は、製造プロセスを簡単にし、ウェアラブルデバイスの信頼性を向上させます。

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これらの素材を3Dプリントする能力の向上により、ウェアラブルデバイスの作成が非常に容易になりました。この進歩は、多くの用途、特に障がい者向けの支援技術において有望です。簡単な製造と高い信頼性を持つこれらのセンサーは、より良く、より効果的なウェアラブルデバイスの実現を可能にします。

研究チームには、博士課程の学生であるサラフディン・アーメッド、マルツィア・モミン、ジアシュー・レン、ヒョンジン・リーが参加していました。彼らの研究は、国立台北科技大学とペンシルベニア州立大学の共同シード助成金プログラム、工学科学と力学の部門、材料研究所、およびペンシルベニア州立大学のハック生命科学研究所によって資金提供を受けていました。

高い導電性を持ち、柔らかく伸縮性のある材料は、ウェアラブルデバイスの大幅な向上に寄与する可能性があります。これにより、より優れた健康モニタリングシステムや効率的なソフトロボット、さらに優れた肌に統合された電子機器が登場する可能性があります。これらの材料が作りやすく、性能が信頼できるようになれば、業界標準となる日も近いでしょう。

ペンシルベニア州立大学が新たに開発した3Dプリント素材は自ら組み立てが可能で、ウェアラブル技術に適しています。この素材は非常に導電性が高く、伸縮性があり、自動で組み立てられるため、新しいセンサーやデバイスに最適です。医療やロボティクスなどの分野で大幅な進歩が期待されています。