スマートウェアラブルデバイスの台頭に伴い、人間の皮膚に似たセンシング機能を備えたスマートテキスタイルの開発が進められています。しかしながら、外部の危険を感知し、人間の指の接触を具体的に識別して正確に位置を特定できるスマートセンシングテキスタイルは、未だ実現されていません。
この目標を達成するために、研究チームは優れた機械的・電気的特性を持つシルクベースのイオン性ハイドロゲル（SIH）繊維を開発し、これを基に、火や水などの外部の危険に迅速に対応できるインテリジェントなセンシングテキスタイルを設計しました。人体やロボットを浸水や鋭利物による傷から保護するとともに、人間の指の接触を具体的に識別し、正確に位置を特定できるセンシングテキスタイルも設計しました。これにより、柔軟なウェアラブルヒューマンコンピュータインタラクションインターフェースとして使用できます。人々がリモート端末を便利に操作できるように支援します。連続湿式紡糸と溶媒交換によって製造されたSIH繊維は、内部の半結晶性、高配向構造、およびイオン液体の添加により、優れた破断強度（55 MPa）、延性（530％）、安定性を備えています。また、優れた電気伝導率（0.45 S·m–1）も備えています。この繊維をベースに設計された布地は、スマートウェアラブルデバイスや柔軟なヒューマンコンピュータインタラクションインターフェースなどの分野で重要な応用可能性を示しています。
湿式紡糸＋溶媒交換法によるSIH繊維の製造
SIH ファイバーの製造方法、形態、織りやすさ、柔軟な電気的用途。
SIH繊維の組成と構造特性
熱重量分析、エネルギー分散分光法（EDS）、および赤外分光法によって、[Emim]BF4がSIH繊維中に均一に分布していることが確認されました。熱重量分析曲線における350℃での重量減少は[Emim]BF4に起因します。EDSスペクトル中の元素Fは[Emim]BF4に帰属します。赤外スペクトルにおける1169 cm–1のピークは、[Emim]+環のC−N−Cの非対称振動に起因します。同時に、赤外スペクトルと偏光顕微鏡写真によって、SIH繊維の半結晶構造と高配向構造が証明されました。
SIHファイバーの機械的および電気的特性
SIH繊維は優れた機械的特性と電気的特性を有し、引張強度と破断伸びはそれぞれ4MPaと530%に達します。さらに延伸処理（溶媒交換前）を施すことで、引張強度は55MPaまで向上し、これは従来報告されているハイドロゲル繊維（<10MPa）の数倍に相当します。イオン伝導率は0.45S·m–1に達し、3週間放置後や様々な機械的刺激（加圧、曲げ、伸張）を受けても安定した状態を維持します。
SIH繊維による危険信号の特異的認識
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火、水、鋭利な物体に対する SIH ファイバーの電気的応答とメカニズム。危険の特定における潜在的な用途を示します。
バイオニックロボットハンド用のスマート保護手袋は、SIHファイバーを市販の手袋に組み込むことで設計されました。危険な環境（火、水、鋭利物）にさらされると、スマート手袋は特徴的な電気信号を発し、これらの危険を正確に識別します。
SIH繊維ベースの織物のタッチセンシングアプリケーション
さらに、SIH繊維を用いることで、人間の手の接触を特異的に識別し、正確に位置を特定できる繊維と布地を設計しました。まず、SIH繊維ベースの布地を作製しました。個々のSIH繊維を市販の布地に組み込んだり、平織りに織り込んだりしました。回路システムの設計により、人間の手が触れた点や領域を特異的に識別し、正確に位置を特定できます。これは、あらゆる物体の接触／押圧に反応するピエゾ抵抗型や静電容量型のセンシング布地とは異なります。SIH繊維で作られた布地を身に着けると、遠隔端末に触れることでそれらを操作できるようになります。
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