MIT画期的成果：センサー内蔵の伸縮・洗濯可能ガーメントでリアルタイムバイタルサイン監視

MITの研究者たちは、センサーを伸縮性ファブリックに直接織り込む手法を先駆け、温度、呼吸、心拍数などのバイタルサインを継続的に監視しながら、完全に洗濯機洗い可能なガーメントを創出しました。

これらのスマートでフィット感のあるガーメントは、在宅ケアから病院までの遠隔患者モニタリング、アスリートのパフォーマンス追跡に展開可能です。また、臨床医が患者とバーチャルに相談することが増えたCOVID-19パンデミックにおいて不可欠なテレメディシンもサポートします。

「市販のあらゆる電子部品、またはカスタムラボ製回路を日常のテキスタイルに埋め込み、コンフォーマブルなガーメントを作れます」とMITメディアアーツサイエンス助教授のCanan Dagdeviren氏。「システムは完全にカスタマイズ可能で、温度や呼吸数など継続的な生理データを必要とする誰にでも合わせて衣服を調整できます。」

この技術は圧縮接触に依存します：センサーが皮膚に押し付けられますが、埋め込まれたエレクトロニクスを含むガーメント全体が洗濯可能です。Nature誌に掲載されたチームの研究は、標準的な高スループットテキスタイル製造とガーメントパターニング技術を用いて、形状、サイズ、機能でテキスタイルプラットフォームをカスタマイズできることを実証しています。

Stretchable Electronic Textile Conformable Suit（E-TeCS）と名付けられたこの設計は、コンプレッションシャツを模倣し、快適さとセンサー精度を高める優しい25mmHg圧力で皮膚接触を実現します。

スーツは、柔軟で伸縮性のある電子ストリップを収容するカスタム織りファブリックで構築されます。これらのストリップはセンサーICとインターコネクトを含み、2層産業用フレキシブルPCB上で製造され、熱可塑性ポリウレタン（TPU TE-11C、DuPont）と洗濯可能な封止材（PE773、DuPont）でカプセル化されています。

E-TeCSは驚異的な精度を実現：皮膚温度±0.1°C（分解能0.01°C）、メカノアコースティック慣性検出により心拍数と呼吸検出で0.0012m/s²の精度。

ニットエレクトロニクスは1,000サイクルで30%まで伸縮しても、機械的・電気的性能の有意な低下なし。

研究者たちによると、エレクトロニクスをテキスタイルに統合することで、ユーザーの機動性と快適性が向上します。既存ソリューションは単一パラメータセンシングに限定されるか、皮膚接触アプリケーションに必要な拡張性と伸縮性を欠くことが多いです。

MITのアプローチは、薄型カスタマイズ可能な電子デバイス（市販ICとインターコネクト含む）を、高スループット製造でニットファブリックに織り込めるプラスチック基板と組み合わせます。結果は、信頼性の高い皮膚接触を保証するコンプレッションスタイルのガーメントです。

製造可能性を証明するため、チームは7モジュールを制作：温度センシング4つ、慣性センシング1つ、インターコネクション2つ。25×27.5cmフレキシブルPCB（KingCredie）上に66個の温度センサーと20本のインターコネクトストリップを搭載。

センサーネットワークアーキテクチャは、各センサーをインターコネクトで水平に接続し、信号をBluetooth Low Energy（BLE）モジュール、マイクロプロセッサ、電源を収容する外部層へ導きます。

拡張性を実証するため、研究者たちはロールツーロール生産のセンサー内蔵ファブリックを示すプロトタイプシャツを製作。これらのファブリックはカット、接合、仕立てが可能で、多様な用途に適合します。

今後の作業には、パンツなど追加ガーメントタイプの開発、血中酸素飽和度など他の健康指標センサーの統合が含まれます。

視覚的概要については、以下の研究者たちのビデオをご覧ください。

>> この記事の初期版は姉妹サイトElectronic Productsで原文公開されました。