MIT研究者たち、機能性繊維でシャツを高性能マイクロフォンに変える

「生地は流体のように振る舞う」とマサチューセッツ工科大学（MIT）のYoel Fink教授は言います。これがデザイナーが衣服の「流れ」を語る理由かもしれません。

「私たちが着ている生地には小さな波が伝わっています」と材料科学教授のFink氏は説明します。「それらは小さすぎて見えません。」

Fink氏とロードアイランドデザインスクールなど複数大学のチームは、それらの微小な波を捉える材料を開発しました。

圧電繊維が音を電気信号に変換

曲げられると電圧を生成する機能性圧電繊維は、信号処理と価値あるデータの出力を可能にします。このセンシング材料からの情報は、将来的にウェアラブル補聴器、通信機能付き衣服、バイタルサインを追跡する衣服などを支援する可能性があります。

「わずかな機能性繊維が、生地全体に新たな意味を与えます」とFink氏はTech Briefsに語りました。

生地ベースマイクロフォンの作り方

材料は、太いマーカーほどのサイズの長方形の「プリフォーム（ブロック）」から始まります。プリフォームを加熱すると、飴のように引き伸ばして長いストリップにできます。

Fink氏と研究グループは、センサーを吊り下げたマイラーシートに取り付けて繊維の音感度をテストしました。レーザーでシートの振動（ひいては繊維の振動）を、近くのスピーカーから再生された音に対する応答として測定しました。

テスト音には、静かな図書館から騒がしい道路までさまざまな環境が含まれました。繊維は再生された音に比例して振動し、電流を生成しました。

従来糸と織り合わせ、洗濯可能な生地パネルを製作

次にチームは、この繊維を従来の糸と織り合わせ、ドレープ性があり洗濯機洗い可能な生地パネルを製作しました。

「軽量ジャケットのような感触で、デニムより軽く、ドレスシャツより重いです」と、標準的な織機で生地を織ったロードアイランドデザインスクール（RISD）の研究者Elizabeth Meiklejohn氏は語ります。

Meiklejohn氏は、MITポスドクとして繊維開発に貢献した筆頭著者Wei Yan氏、Fink教授、MIT、ケースウェスタンリザーブ大学、ウィスコンシン大学マディソン校、米国陸軍環境医学研究所の多数の学生・研究者たちとチームを組みました。

「研究を前進させる学生、ポスドク、スタッフの献身には常に驚かされますが、特にパンデミック中に実施されたこの仕事では顕著でした」とFink氏は述べています。

Q&A：スマート衣料の未来とファブリックコンピューティング

以下の短いQ&Aで、Fink氏がなぜ未来は生地にあり、「ガラス箱の中のコンピューター」の時代が数えられる理由を説明します。

Tech Briefs：スマート衣料が必ずしも普及していないように見えますが、なぜだとお考えですか？

Yoel Fink教授：存在していないから普及していないのです！

この分野を「ウェアラブル」と呼びますが、ウェアラブルとは「着用しないもの」を指す言葉だと指摘しておきます。真の生地・繊維を特別な機能を持たせるための技術、工学、さらには科学が、まさに今出現しつつあります。その未来は今、起きています。

時計やアクセサリーを身につけるという発想には、採用のハードルがあり、いわゆるウェアラブルの地平を制限しています。

Tech Briefs：それらウェアラブルの短所は何だとお考えですか？

Yoel Fink教授：第一は利便性です。できるだけ身軽でいたいと思うはずです。第二は美観です。あまり美しくありません。第三は価値提案の観点です。例えば、いずれ生地が提供すると思われる健康上のメリットを、実際には提供できていません。この3点で改善の余地があります。

Tech Briefs：機能性繊維を着用する感覚は？

Yoel Fink教授：鍵は生地そのものへの干渉を最小限に抑え、普通の生地と同じ見た目と感触にすることです。その点で、技術は本質的に知覚不能、つまり透明です。このシャツを見て「これはマイクだ」「これはメモリー機能を持つ」「これは計算ができる」と言うことはできません。技術が繊維レベルにあるからです。

ここで重要なのは、技術の美学を変えていることです。誰も「マイクは美しいオブジェだ」とは言いません。マイクを展示する美術館はありませんよね？ それらはかなり無骨なオブジェですが、生地マイクを見せれば「おお、これは美的になり得る」と言うでしょう。テクノロジーには見えませんが、実際はテクノロジーなのです。

Tech Briefs：繊維の「レポート」を着用者にとって有益な形でどう表示しますか？

Yoel Fink教授：現状では：この繊維を回路に接続します。回路が情報を取得し、デジタル形式に変換し、信号処理を可能にします。1年前、デジタルファイバーについての論文を発表しました。そのファイバーはアナログ信号を取り込み、デジタル情報の保存を可能にし、メモリーとコンピュータープログラムを備えていました。つまり、何かを測定するファイバーと、それを保存・分析するファイバーが組み合わさることで、生地がコンピューターになりつつあることがわかります。それが私たちの目指すところです。まだ完全ではありませんが、遠くありません。

Tech Briefs：生地マイクロフォンの初期応用として何を想定していますか？

Yoel Fink教授：私たちの繊維や生地は、ある意味で「人生のサウンドトラック」を捉えます。心拍、呼吸、腕を曲げる、歩く、関節が動く、血液が流れる、すべてに音があります。生地はそれらすべてを捉え、日中失われています。

私たちがここで目指しているのは、「人生のサウンドトラックを私たちにアクセス可能にできるか？」ということです。心臓の音を聴くことができます。これは心臓の電気信号を聴くのではありません。心臓そのものを聴くのです。心臓はポンプであり、弁とポンプの動作を聴いています。電気信号だけでは全ては語れません。

第二に：人口の一部は心臓に問題を抱えています。より多くの割合で、人生のどこかで妊娠を経験します。未出生児を監視し、その音や動き、心拍を通じて未出生児のコミュニケーションを聴く方法について議論しています。未出生児の心音を聴けることは、その健康と幸福について莫大な情報をもたらします。

最後ですが決して軽視できないのは：難聴者グループです。これは最終的に私たち全員です。誰もが最終的に難聴になります。補聴器は静かな環境では機能しますが、騒がしい環境では機能しません。

私たちに2つの耳と2つの目があるのは、奥行きと方向性を感じ取るためです。聴覚では、バーが 훨씬 큰소리でも、話している相手の声に集中できます。生地に複数の繊維を持たせることで、音の方向を識別できることを論文で示しました。これは補聴器を使用する人々にとって、方向性機能を付与するという点で真に変革的になり得ると考えています。

Tech Briefs：次のステップは？

Yoel Fink教授：それは「ファブリックコンピューティング」と呼ばれます！

現在MITで「コンピューティングファブリックス」という授業を担当しており、計算の世界と生地の世界がいかに融合しつつあるかを示しています。これは私たち全員の未来に莫大な影響を与えると思います。ポケットやバッグの中のガラス箱の中のコンピューターや電話の時代は終わりです。コンピューティングの未来は生地にあります。

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