ウェアラブル革命：「パワースーツ」が健康監視と発電を同時に実現

ナノ材料、製造技術、繊維素材の融合が、患者監視や発電など数え切れない可能性を秘めた、全く新しいウェアラブル「パワースーツ」の創造へと迫っていることをご存知でしょうか？

4つのManufacturing USA研究所がNIST MEPセンターと協力し、この新分野とその関連サプライチェーンにおいて重要な役割を果たしています。商業的・技術的発展を迅速に応用できるよう連携しています。

ナノ材料の開発が加速する中、ハイテクデバイスと何世紀も前からある製品を統合する用途が次々と特定されています。繊維業界におけるこうした応用の一つが、「パワースーツ」と呼ばれる新しいトレンドです。

エナジーハーベスティング（環境発電）

エナジーハーベスティングとは、外部ソース（太陽光、熱エネルギー、風力、塩分濃度勾配、運動エネルギー＝環境エネルギーなど）からエネルギーを取得し、捕捉、蓄積して、ウェアラブルエレクトロニクスやワイヤレスセンサーネットワークで使用されるような小型・無線・自律デバイス向けに供給するプロセスです。マイクロ・ミリアンペアレベルでは、デバイスが極めて低消費電力で開発されるにつれ、この実践の重要性が高まっています。特に「動き」をエネルギーに変換する点で、繊維分野の関心を集めています。

この業界における潜在的応用は、人生を変える可能性があります。

高齢者の転倒検知、ペースメーカーやその他インプラントへの給電、ハイカー用やアルツハイマー患者の徘徊検知用GPSデバイスの衣類への埋め込みなどが可能性として挙げられます¹。この変換は、圧電効果と摩擦帯電効果という2つのよく知られた現象に基づいています。圧電効果は電気信号と機械的力を相互接続し、摩擦帯電効果は接触した2種の異種材料に逆の電荷が集まる現象です。

Manufacturing USA研究所とMEPセンターの役割

パワースーツやその他の技術的に高度な衣類には、フレキシブルセンサー、「スマート」データ活用、パワーエレクトロニクス、繊維という4つの高度に統合された領域での商業的・技術的発展が必要です。これらは、最近設立された以下のManufacturing USA研究所の技術重点分野に含まれています：

PowerAmericaの使命は、ワイドバンドギャップ（WBG）半導体の大規模生産を可能にする先進製造プロセスを開発することです。WBG半導体により、シリコン製半導体よりも小型、高速、高効率な電子部品が実現できます。

NEXTFLEXは、フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス（FHE）製造の新時代を開くことに注力しています。米国のFHEエコシステムを触媒し、FHE材料のスケールアップ、薄型デバイス加工、デバイス/センサー統合印刷・包装、システム設計ツール、信頼性試験・モデリングへの投資を通じて技術の商業化を促進します。

クリーンエナジー・スマート製造イノベーション研究所は、学術界、産業界、非営利団体から30州以上、ほぼ200のパートナーを結集し、スマートセンサーとデジタルプロセス制御の進歩を促進し、米国先進製造の効率を根本的に改善します。

業界、学術界、政府、ベンチャーキャピタルによって支援される全国的非営利組織である先進機能繊維アメリカ（AFFOA）研究所は、高機能繊維の広範な商業化を加速します。これには、繊維材料と製造プロセスにおける最近のブレークスルーが含まれ、間もなく、見る、聞く、感知する、通信する、エネルギーを蓄積・変換する、温度調節する、健康を監視する、色を変えるといった機能を持つ繊維の設計・生産が可能になります——「繊維革命」の幕開けです。

これらの新技術を全米の製造業者に導入・採用するための鍵となるのが、2016年に開始した「Manufacturing USA研究所へのMEP組み込みパイロットプロジェクト」です。主な目的は以下の通り：

• 中小米国製造業者のManufacturing USA研究所の重点分野とリソースへの認知度向上
• 中小米国製造業者が、研究所の研究アジェンダを形成・開発するプロセスと活動に関与できるよう確保
• 中小米国製造業者のManufacturing USA研究所研究への参加拡大
• 研究所の研究成果が中小米国製造業者に移行し、実装されるよう確保

まだ始まりに過ぎない

パワースーツの開発は、物理現象、ナノ材料、新技術採用の統合によって可能になる進歩の、ほんの表面を掻いただけに過ぎません。このような最先端製品の商業生産には、新技術開発とプロセスを統合したサプライチェーンが必要です。Manufacturing USA研究所とMEPセンターの協働により、製造業者は従来アクセスできなかった市場に参入し、革新的な新製品を消費者に届けられるようになります。

これらの発展についてさらに知りたい方は、お近くのMEPセンターまたはNIST MEP本部（301-975-0413）までお問い合わせください。

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^1. “Nanotechnology could bring us a whole new “power suit”, CEN.ACS.ORG, January 16, 2017, P15-17.