スマートテキスタイルの応用が世界を変えました！

パーティーで、音楽のビートに合わせて服の色が変わっていくのを想像してみてください。理論的には可能かもしれないし、パラレルユニバースなら可能かもしれない、と思うかもしれません。しかし、21世紀のナノテクノロジーの時代では、繊維 革命は、繊維をスマート化することでこれを可能にしました。この記事では、スマート繊維の応用について見ていきます。

スマートテキスタイルとは何ですか?
スマートテキスタイル 定義：「スマートテキスタイル」とは、繊維におけるインテリジェントな、あるいはスマートな素材を指します。スマートテキスタイル素材の概念は、1989年に日本で初めて導入されました。絹糸は形状記憶性を有しており、これがスマートテキスタイルと名付けられた最初の繊維素材でした。繊維は環境からの刺激を感知することができます。衣服が繊維構造に機能を統合することで、刺激に適応し反応できる場合、スマートテキスタイルと呼ばれます。スマートテキスタイルは、インテリジェンステキスタイルとしても知られています。

スマートテキスタイル
スマートテキスタイルとは、能動的な制御機構を介して反応できる材料と構造です。これらの周囲の状況は刺激と呼ばれます。  刺激と反応は、電気的、熱的、化学的、そして磁気的である。高度なスマートテキスタイルを特徴とする新しい衣服は、信号の送受信、情報処理、そして反応の駆動によってインタラクティブな反応を提供することができ、スマート衣料と呼ばれている。

スマート衣料は、刺激に応じて、色、形状、剛性といった機械的特性だけでなく、熱特性や電磁特性も大きく変化させることができます。スマートテキスタイル衣料システム全体は、センサーなどの様々な装置や素材、そして電子機器で構成されています。
スマートテキスタイルの大きな進歩は、 ファブリック 導電性ポリマーで作られた衣服は、電磁信号を受信すると色が変化します。そして、生地が衣服の表面温度を調節し、着用者の生理的快適性を高めます。

スマートテキスタイルの分類
電子繊維には次の3種類があります。
パッシブスマートテキスタイル: 環境を感知することしかできません。
アクティブスマートテキスタイル: 環境からの刺激を感知し、それに反応することができます。
非常にスマートな繊維：状況に応じて行動を適応させる才能を持っています。

スマートテキスタイルの機能:
スマートテキスタイルは、スマートテキスタイル衣料において5つの機能を有しています。以下の通り分類できます。

スマートテキスタイルの応用：
スマートテキスタイルは優れた着用性を備えているため、民間、軍事、医療、そして多くの高リスク産業で商業的に利用されています。以下に、スマートテキスタイルの用途をいくつかご紹介します。
• 軍隊では、スマート衣料が軍事迷彩に使用されており、制御可能な色の変化による迷彩が可能になり、戦場での戦闘員に有利に働きます。
• さらに、放射線ゾーンの色の変化によって危険環境を識別することができます。
• フォトクロミック傘とフォトクロミック T シャツは、ファッション業界におけるスマート テキスタイルの最も優れた応用例です。
• 医療分野では、スマートテキスタイルは医療モニタリングシステムに利用されています。例えば、ベビー服では、衣服の色の変化によって赤ちゃんの発熱をモニタリングします。
ここでは、すでに世界を変えているスマートテキスタイルの革新的な応用について説明します。

1. ゴアテックス スマートファブリック

図：ゴアテックスの構造
1978年、ゴア社は世界初のスマートテキスタイル素材であるゴアテックスを開発しました。このスマートテキスタイルの応用は、スマート衣料の新たな時代を切り開きました。ゴアテックスには、水分を一方向に流す機能があり、その膜には1平方インチあたり100億個の気孔が密集しています。
簡単に言えば、その細孔密度は微視的レベルで、水滴は細孔の2万倍、水蒸気分子の700倍の大きさです。そのため、汗や水蒸気を体から逃がすことができます。この特性により、防水性、防風性、そして透湿性を兼ね備えています。さらに、ゴアテックス スマートファブリックは、膜に影響を及ぼす可能性のある虫の侵入を防ぎます。

2. ウェアラブルマザーボード

図: ウェアラブルマザーボード
1996年、アメリカ海軍は、ウェアラブルマザーボードの開発を目的として、電子機器を統合する先駆的な研究所であるジョージア工科大学を設立しました。近年、ジョージア工科大学のウェアラブルマザーボードはスマートシャツとして商品化されました。スマートテキスタイルへの応用におけるウェアラブルマザーボードは、軍事用テキスタイルに革命的な変化をもたらしました。
これは戦闘状況で使用するために製造されたものです。スマートな軍用迷彩服は、弾痕を検知できる光ファイバーを使用しています。戦闘中は、特殊なセンサーが相互接続され、バイタルサインをモニタリングできます。このコンピューター化されたシャツには、医療用センサーが体に取り付けられており、結果として柔軟なマザーボードを形成します。

図：GTWM防弾ベスト
このウェアラブルマザーボードは織り構造になっており、プラスチック光ファイバーなどの特殊な糸がGTWMの構造に組み込まれています。GTWMは身体の損傷箇所を容易に特定し、その情報を数ミリ秒単位で送信することで、緊急の対応が必要な人を特定します。その結果、危機的な戦闘状況において人命救助が容易になります。
GTWM衣類は、着用者のニーズに応じて様々な種類のセンサーを搭載しています。個々のユーザーに合わせてカスタマイズ可能です。例えば、消防士用スマート衣類には、酸素レベルと有害ガスレベルを監視するセンサーが搭載されています。スマートテキスタイルシャツは、幅広い分野で活用できます。現在、センサテックス社は、医療モニタリング、疾病モニタリング、乳幼児モニタリング、陸上競技、軍事用途向けの繊維製品を商業的に製造しています。

3. スマートランニングシューズ

図：スマートシューズの構造
アディダスは2004年に世界初のスマートシューズを市場に投入しました。このスマートシューズは、センサー、マイクロプロセッサ、電動モーター、そしてスマート電子繊維素材で構成されています。クッションシステムを調整することができ、着用者が走ったり歩いたりする路面状況に応じて調整されます。
このスマートシューズセンサーは、1秒間に2万回の読み取りが可能な20MHzプロセッサを搭載しています。これにより、1秒間に1万回の計算を実行できます。かかと部分に搭載された小型モーターは、ユーザーの歩行をサポートする金属コードの張力を調整できます。さらに、ランナーの歩行をサポートするのに適した衝撃吸収機構も備えています。

図: スマートショック
最近、ナイキは最新のスマートソックスとシューズを製造しました。これらの製品は、着用者のインタラクティブなアクティビティを追跡できる多数の特殊センサーを搭載しています。Androidデバイスと通信して情報を送信し、着用者はAndroidアプリを介して、ランニングの状態、速度、走行距離などのデータをモバイルで受信できます。また、データを送信してFacebookに自動的にアップロードし、ステータスに投稿することも可能です。
他にも多くの研究者がスマートショックやスマートシューズの研究に取り組んでいます。近い将来、スマートテキスタイルとスマートショック、そしてスマートシューズの応用を組み合わせることで、スマート衣料に革命を起こすことができるでしょう。

4. バイオセンサースマート下着

図：女性用スマート下着のバイオセンサー
カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究所では、ナノバイオエレクトロニクスの研究者たちが、衣服に直接スクリーン印刷で生体センサーを印刷する方法を発明しました。研究者たちは、下着のゴムバンドにセンサーを印刷することで、センサーが皮膚にしっかりと密着することを保証しています。
弾性バンドのセンシング電極は、NADHと過酸化水素（H2O2）と呼ばれる酵素を検出します。これらの酵素は、いくつかの生物医学的プロセスと関連しています。これらのセンサーによる表示により、着用者の屈曲や伸展といった日常的な動作によるストレスに耐えることができます。女性用スマート下着に搭載されたバイオセンサーは、スマートテキスタイル分野の応用において新たな可能性を切り開きました。

5. スマートブラ

図：スマートブラ
スマートブラは、スマート衣料の好例の一つであり、スマートテキスタイルの最も有用な応用例でもあります。女性のブラジャー着用時の快適性を大幅に向上させます。オーストラリアのウーロンゴン大学のウォレス氏らは、スマートブラを開発しました。このスマートブラは、乳房の動きに合わせて特性を変化させることができます。そのため、女性の仕事中の活動をより良くサポートします。現在、スマートブラはモバイルアプリケーションから監視することが可能です。
スマートブラは、ストラップを締めたり緩めたり、カップを硬くしたり緩めたりすることで乳房の動きを抑制し、乳房の痛みや垂れを防ぎます。スマートブラは通常、導電性ポリマーコーティングされた生地を使用しています。このスマート生地は、乳房にかかる圧力のデータに基づいて伸縮性を変化させます。そのため、過度の動きを検知し、ストラップを締めたり緩めたり、カップを硬くしたりすることができます。

6. 動きを検知するスマートパンツ

図：スマートパンツ
バージニア工科大学は、ブラックスバーグ州立大学の研究チームと協力し、スマートファブリックの定義の一例としてズボンを開発しました。
スマートパンツの定義例：このスマートパンツの特徴は、スマートファブリックが着用者の動き、回転、速度、そして位置を感知できることです。開発されたスマートファブリックは、無線信号を送信することで、動きに関する詳細なデータをクラウドシステムに保存します。今日、モーション検知パンツは、ファッション分野におけるスマートテキスタイルの応用への期待を高めています。

7. NASAエアロゲルジャケット

図：エアロゲルジャケット
NASAが発明したエアロゲルは、スマート衣料に最適な断熱材です。このスマートテキスタイルの応用は、航空宇宙繊維産業に革命をもたらします。エアロゲルは、その軽量性、低密度、そしてしばしば半透明の外観により、ソリッドスモークとも呼ばれます。柔軟性に富み、テキスタイルブランケット、ビーズ、薄板、成形部品の製造に用いられます。そのため、製品は重くかさばりません。

8. スマートベビーベスト

図：スマートベビーベスト
ITVデンケンドルフの研究者たちは、乳児用の特別なベストを開発しました。このスマートベビーベストにはマイクロチップとセンサーが搭載されており、心臓、肺、体温などの重要な疾患を継続的にモニタリングできます。これにより、医師は心臓循環器系の疾患を容易に発見できます。このベストは既に乳児の乳幼児突然死症候群（NBDC）の予防に活用されています。さらに、成人患者の生命を脅かす状況においても、命を救うために活用されています。スマートベビーベストのセンサーは、乳児の邪魔にならないように取り付けられています。これは、医療分野におけるスマートテキスタイルの最も革新的な応用例の一つです。

9. スマートな消防士ジャケット

図：スマート消防ジャケット
2009年、VIKINGはスマート消防士用ジャケットを発明しました。このジャケットは、ジャケットの内層と外層に加え、温度センサーを統合しています。これにより、体に近いジャケットの内側部分で、消防士周辺の高温を制御できます。
消防士用スマートジャケットのセンサーは2つのLEDディスプレイに接続されています。1つは袖に、もう1つは背中にあります。左肩上部のディスプレイは危険な状況を示し、袖下部のLEDディスプレイは危険な熱レベルを示します。
スマート消防ジャケットは、充電式で取り外し可能なバッテリーから電源を供給されます。スマート消防ジャケットには、LEDディスプレイで危険状態を示すマイクロエレクトロニクスチップが搭載されています。温度に応じて、LEDは異なる危険警報を消防士に表示します。このスマートテキスタイルの優れた応用により、消防士は実際の状況を把握し、適切な判断を下すことができます。

10. ファッション業界におけるスマートテキスタイル

図：ファッションにおけるスマートテキスタイルの可視化
現代社会において、人々のテクノロジーに親しむライフスタイルは、ファッション業界におけるスマートテキスタイルの活用を後押ししています。人々は、ファッションを通してスマートになろうと、様々なスマートウェアを身につけています。ファストファッションとスマートさは、ファッションにおけるスマートテキスタイルのこの分野で融合しています。
フィリップスとリーバイ・ストラウスは2000年にICD+ジャケットを発表しました。これはリモコン付き携帯電話とMP3プレーヤーを組み合わせたもので、ウェアラブルデバイスとしてだけでなく、洗濯可能なスマートジャケットとしても世界初の製品でした。
2004年から2005年にかけて、Canesisは電気で温めるウールソックスを発売しました。このスマートソックスは、ハイキング用に導電性糸とウールを使用して製造されています。電池駆動のショックは、極寒地での作業や血行不良に悩む患者に最適です。スマートショックは、熱損失速度と同量の熱を発生します。このイノベーションは、スポーツウェアにおけるスマートテキスタイル分野に革命的な変化をもたらしました。
スマートテキスタイル技術を応用した衣料品は数多く市販されており、ファッション業界への導入により、スマートテキスタイルの機能の幅は広がっています。

スマートテキスタイルアプリケーションの概要
繊維は人間の五つの基本的ニーズの一つです。古代から、繊維は衣料品としてのみ使用されてきました。そして、それは家庭用や家庭用途にも広がりました。しかし、今日では、テクニカルテキスタイル分野は多様化を極めています。スマートテキスタイルは、繊維業界における最もエキサイティングなイノベーションです。

図：タッチレスモダンビジネススーツ
スマートテキスタイルは1980年代後半に世界の繊維産業に導入されました。しかし、スマートテキスタイルの応用はそれ以来1000倍に加速しています。今日では、完璧なスマートテキスタイルアプリケーションの完璧な実装により、セルフクリーニングカーペット、環境応答性テキスタイル、温度調節スーツや靴が実現しています。繊維業界のあらゆる主要分野は、スマートテキスタイルの応用の影響を受けています。スポーツウェアから軍事、防護服、バイオメディカルテキスタイルなど、幅広い用途に応用されています。
スマートテキスタイルの応用は想像をはるかに超えています。かつてはSFの世界のように思われていましたが、今では日常生活におけるスマートテキスタイルの影響は計り知れません。スマートテキスタイルの応用により、ハイテク志向の繊維産業において、スマートテキスタイルは伝統的な繊維製品となる可能性を秘めています。