Science/Research 詳細

WSU、「スマートウェアラブル」の快適性、耐久性を高める3Dプリンティング技術

May, 26, 2025, Washington--ワシントン州立大学(Washington State University:WSU)の新しい研究では、いわゆるスマートファブリックの特定の3Dインクプリンティング方法が実証されており、洗濯と摩耗テストを繰り返しても良好なパフォーマンスを発揮し続けることが示されている。ACS Omega誌に掲載されたこの研究は、スマートファブリックの快適さと耐久性において画期的な進歩を示すものであり、より環境に優しいプロセスを採用している。

WSUの繊維研究者で論文の責任著者であるHang Liuは、これまでのこの分野の研究の大部分は、生地に技術的な機能を組み込むことに焦点を当てており、生地の感触やフィット感、洗濯などの日常的な使用やメンテナンスによる耐久性については、考慮されていないと述べている。

「使用される素材や技術によって、一般的に非常に硬い素材、または硬い生地が作られる」と、アパレル・マーチャンダイジング・デザイン・テキスタイル学部の准教授であるLiuは話している。「例えば、センシング目的で3Dプリントされた素材を使用したTシャツを着る場合、体にぴったりとフィットし、柔軟性と柔らかさを備えている必要がある。硬いと快適ではなく、センシング性能が損なわれる。」

スマートウェアラブルの開発の初期段階では、導電性糸やセンサなどの機能部品を布地に接着、織り込み、縫い付けるという方法がとられていた。プリンティングを用いた新しいアプローチは有望であることが示されているが、それでも快適さとメンテナンスの問題に直面している。

Liuのチームは、ダイレクトインクライティング3Dプリント技術を使用して、カーボンナノチューブを含むポリブチレンサクシネート(天然繊維と互換性のある生分解性ポリエステル)の溶液を2種類の生地にプリントした。プリントされた生地は、優れた電導性、機械的強度、ゲージ率、および、繰り返しのひずみ下で安定性を示し、溶液が繊維に浸透して結合する能力により、生地の耐洗浄性と耐摩耗性が向上した。

チームは、プリントされた生地の引張強度、電気伝導性、モーションセンサとして機能する能力、およびさまざまな特性をテストした。その結果、洗濯と乾燥を20回繰り返した後も生地は引き続き良好に機能し、200回摩耗試験や500回の引張サイクル試験後も表面に傷やひび割れがないことを確認した。

また、チームは、生分解性で毒性のない溶剤であるシレン(Cyrene)を加工に使用したが、これは一般的に使用される有毒溶剤よりも環境に優しい。

スマートファブリックは新たなトレンドであり、スマートウォッチやその他のデバイスと同様の機能の一部を実行できる衣料品の有望性を示している。この技術は、ヘルスケア、ファーストレスポンダー、軍隊、アスリートへの応用の可能性を秘めている。

この研究は、Liuの学生の1人で筆頭著者であるZihui Zhaoの博士論文の一部だった。Liuは数年にわたりスマートファブリックのさまざまな要素に取り組んできた。同氏は、綿の柔軟性とポリマーの電気伝導性を備えた繊維を開発し、ウェアラブル技術に利用できると、2023年に発表された論文で詳細を説明している。

3Dプリンティングに関する最新の研究では、生地が情報を感知し、監視する能力に焦点を当てており、機能的なスマートウェアラブルの開発には、電源とデータ伝送技術も必要となる。

「これはスマートシステム全体の一部にすぎない」とLiuはコメントしている。