東大、布地にプリント可能な高導電率の伸縮性導体を開発

東京大学(東大)は6月25日、1度のプリントだけで、布地に電子回路を形成できる高い伸縮性を有した導体を開発し、それを用いたテキスタイル型(布状)の筋電センサを作製することに成功したと発表した。

同成果は、同大大学院工系研究科の染谷隆夫 教授、同 松久直司 大学院生らによるもの。詳細は、6月25日(英国時間)の英国科学誌「Nature Communications」に掲載された。

これまで導電率の高い導体や、伸長性が高い導体は存在していたが、その両方を高い値で両立できる伸縮性導体はこれまでなかった。今回、研究グループは、フッ素系ゴムに添加物として銀フレークを添加したほか、さらにフッ素系の界面活性剤を加えることで、伸長性215%と、その際の導電率182S/cmという200%以上の伸縮性導体の中で世界最高クラスの導電率を実現することに成功したという。

この界面活性剤を入れることにより、なぜ伸長歪が200%を超えても高い導電率を維持できるかのメカニズムについて染谷教授は、「塗布後の乾燥の際に、界面活性剤の作用により布地の表面に銀が析出し、銀同士の導電性ネットワークを自己形成することで、導電性が向上したのではないか」と説明する。

実際に布地にプリントした配線は、縦にも横にも自在に伸縮できることを確認しており、形成された配線も伸縮を繰り返しても性能の劣化がほどないことが確認されているという。また、作製した筋電センサでは、有機トランジスタで作成したアンプを組み合わせることで、筋電信号を18倍に増幅できることを確認したという。

なお、これにより生体のさまざまな部位の生体データを取得するセンサを一着の服に搭載することが可能になり、医療や福祉、スポーツ分野でのテキスタイル型ウェアラブルデバイスの実現が可能になるというが、実際にそうした分野に適用するためにはまだ課題があるという。

1つ目はさらなる伸縮性の向上。人の関節における皮膚の伸びは100%以上で、その倍となる200%を超えることが今回できたものの、これは最初の目標であり、実際に服と着る際に回路が壊れることがないように、という意味であるとする。また、2つ目は洗濯性などの耐久性の向上で、洗濯をすると回路としての性能の変化はほぼないものの、界面活性剤が抜けて行ってしまい、柔軟性が落ちてくるとのことで、表面活性剤の量の調整や水に溶けない鼻薬の調合、防水性コーティング技術などの開発を進めていくとする。そして3つ目が電力の供給やスマートフォンなどの他のデバイスとの無線通信を実現する周辺技術の確立だとする。こうした周辺技術に関して染谷教授は必ずしも有機半導体のみで実現しようというわけではなく、既存の小型無線通信ユニットなどとの組み合わせも含めて、現実的な解の模索を進めていくとしており、この技術に興味を持ってくれる企業との共同研究なども積極的に行っていきたいとしている。