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インテリジェントアクティブ変形織物は新興の機(jī)能材料であり、著用可能織物に応用の將來(lái)性があり、例えば自発的に形狀を調(diào)整して著用快適度を高めることができたり、助力裝置として人間がより簡(jiǎn)単に重量物を持ち上げるのを助けることができる。インテリジェント変形織物の動(dòng)きは、様々な方法でトリガすることができる。その中で、電気化學(xué)イオンによって觸発された変形織物は制御性が良く、変形程度が大きく、電圧が低く、応答が速く、熱効果が明らかでないなどの特徴を備え、ウェアラブル設(shè)備に応用可能性がある。しかし、電気化學(xué)的に駆動(dòng)される変形織物の開発は、液體の動(dòng)作環(huán)境に制約されている。

最近、中國(guó)科學(xué)院蘇州ナノテクノロジーとナノ生體模倣研究所の館江濤研究員らは、電気化學(xué)を用いて生體模倣筋繊維を駆動(dòng)して編んだ能動(dòng)的な変形織物を報(bào)道した。この織物は駆動(dòng)電圧が低く、応答速度が速いという特徴があり、液體環(huán)境から離れて空気中で安定して動(dòng)作することができる。研究により、織物中の異なる領(lǐng)域の繊維収縮を制御することは、織物の全體及び局所的な能動(dòng)的変形を?qū)g現(xiàn)することができることが分かった。研究はこの電気化學(xué)駆動(dòng)能動(dòng)変形織物のウェアラブル助力織物における応用潛在力を初歩的に示した。

本研究はカーボンナノチューブ（CNT）複合繊維を生體筋肉繊維の原材料とし、生體筋肉繊維の連続製造技術(shù)を発展させ、異なる段階における糸の供給、撚り、巻き取りなどの部分間の相対速度を制御することによって、連続的にメートル級(jí)長(zhǎng)さのコア?シース複合體を得るCNT@nylon螺旋繊維この繊維構(gòu)造は均一で、優(yōu)れた柔軟性と編組性を持ち、編組中に螺旋構(gòu)造が破壊されない。

この作業(yè)はコア?シース複合繊維構(gòu)造を構(gòu)築した。このうち、駆動(dòng)活性作用を果たすCNTはシース層に分布し、繊維コア部にある不活性高分子繊維は高価なCNT使用量を低減する役割を果たす。研究により、コア?シース構(gòu)造を有するCNT@nylon複合繊維は電気化學(xué)イオンにより大きな比表面積とより短い移動(dòng)経路を提供し、これによりイオンの繊維內(nèi)部へのより多くの注入とより速い移動(dòng)を容易にし、CNT@nylon複合生體筋肉繊維の駆動(dòng)量は26.4%に達(dá)することができる。

生體筋肉繊維に基づいて、この研究は空気環(huán)境で安定して動(dòng)作する能動(dòng)的変形織物を設(shè)計(jì)した。研究によると、生體筋肉繊維は補(bǔ)助繊維と平行にフレキシブルファブリック上に編み込まれ、それぞれ作業(yè)電極と対極として作用する?？椢铯螇湫沃肖藖I電極間の短絡(luò)を防止するために、両繊維電極は上下に交錯(cuò)する編組方式を採(cǎi)用した。布地中の繊維內(nèi)及び繊維間の微細(xì)孔チャネル構(gòu)造は、電解液を吸著し安定化する役割を果たす。研究により、作業(yè)電極と対向電極の間に電圧が印加され、織物中の電解液のイオンが作業(yè)電極のCNT層に移行し、さらにCNT@nylon繊維に収縮駆動(dòng)が生じる。研究者は織物の中で複數(shù)組の繊維電極対を編組し、各組の電極対は単獨(dú)で制御することも、異なる電極対の動(dòng)作を協(xié)調(diào)的に制御することもできることを発見した。そのため、この織物は全體の収縮と局所的な変形を同時(shí)に発生することができ、高い変形自由度を有する。

さらに、本研究はこの電気化學(xué)駆動(dòng)能動(dòng)変形織物をパッケージ化し、ウェアラブル助力織物としての応用の將來(lái)性を評(píng)価した。透明な可撓性フィルムをカプセル化した変形織物は高い可撓性を持ち、電解液の漏れが発生せず、ボランティアの腕で作業(yè)中に電圧の印加に伴って明らかに収縮し、作業(yè)中に織物と腕の間にほとんど溫度差がない。これは、この電気化學(xué)的変形織物が空気中で働くことができ、構(gòu)造が柔軟で、運(yùn)動(dòng)モードがプログラム可能で、熱を発生しないなどの特性を持っており、次世代のウェアラブルデバイスの候補(bǔ)材料になることが期待されていることを示している。

関連研究成果を補(bǔ)足表紙記事として、Knittable Electrochemical Yarn Muscle for MorphingTextilesというタイトルがACS Nanoに発表された。研究活動(dòng)は國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研究開発計(jì)畫、中國(guó)ポストドクター科學(xué)基金などの支持を得ている。

コア?シース複合體CNT@nylon生體筋肉繊維の優(yōu)れた駆動(dòng)性能