スマートテキスタイルがもたらす快適な未来。

　信州大学繊維学部が取組む次世代繊維・ファイバー工学の概要について、『次世代繊維・ファイバー工学が描く未来。』で俯瞰した。諸方面から、「現代の繊維学はこんなに進んでいたのか！」「学問分野を超える研究の広がりに驚いた！」・・・などの声を聞いた。
　その中でも、様々な機能を持った新しい繊維素材を生み出し、その編み方や組み合わせによって、想像もできなかったような機能を提供する素材や製品を創出する、「スマートテキスタイル」「インテリジェントファイバー」^※について、「もう少し具体的に紹介して欲しい」という意見が多く寄せられた。
　そこで、今回は、そこにズームイン。「スマートテキスタイル」「インテリジェントファイバー」とは、いったいどういうものであり、それが私たちの暮らしにどのように結びついているのかを、レポートする。
　直訳すれば〝賢い繊維製品〟〝知性ある繊維〟・・・・・・「糸がモノを考えるなんて・・・」と言うなかれ。ナノメートル（10億分の1メートル）のサイズでのものづくりが可能になった現在では、まるで生物の反射・反応と見まがうばかりの〝動き〟をする「人工物」が産み出されているのだ。

（文・毛賀澤明宏）
・・・・・　信州大学広報誌「信大NOW」第82号（2013.7.29発行）より

写真の「ちょき」を出しているのがロボットハンド。（左の写真の中の機械の手と内部構造は全く同じ。白いプラスチック製の外皮を人の手そっくりのシリコンゴム製に変えたもの）。　
繊維学部機械・ロボット学系の西川敦教授が開発した。しなやかな人間の手の動きを機械で再現することを目指したもので、数多くの人工筋肉を協調させることで繊細な動きが可能になった。繊維状の一次元の素材に多様な機能を持たせる発想が光る（詳しくは信州発！新しいモノサシ③参照）。

※　「スマートテキスタイル」は主に高機能の繊維・布・衣類やその開発を指し、「インテリジェントファイバー」は主にその材料となる繊維材料・高分子材料ならびにその開発を指す。「スマート」と「インテリジェント」は現在ではほぼ同義で使用されている。はじめは「インテリジェント」が使用され、しだいに「スマート」と言う呼び方も使われるようになった。

スマートテキスタイルとは何か？繊維学部平井利博特任教授・名誉教授に聞く

―「スマートテキスタイル」「インテリジェントファイバー」の定義は？

「スマート材料」の一つで、ファイバー状であったり、布帛などのテキスタイル状であったりする繊維や繊維材料。材料の分野では、「スマート」（賢い）や「インテリジェント」（知的な）とはセンサー機能とアクチュエータ機能を合わせ持っていることで、材料自体が、環境や状態の変化を感知して、自律的に適切な反応をすることを指します。

（1）外的な刺激を感知するセンシング、
（2）感知した情報を処理するプロセシング、
（3）それらを通じて反応するアクション

―の3つのプロセスを自律的に行う繊維材料、機能材料を総称してそう呼ぶのです。

―例えば、どのような材料がスマートテキスタイルと呼ばれるのでしょうか？

電圧をかけると「ものをつまむ」動きをする柔軟高分子のフニャフニャした断片

　私が研究しているのは繊維に使われる材料を電圧で動かすことですが、例えば最も身近な、ペットボトルの材料であるポリエステル樹脂フィルムは電圧を掛けると振動します。水道管等に使われているポリ塩化ビニールに可塑剤を加えた柔軟材料（ゲルと呼ぶこともできる）は電圧をかけるとアメーバのように変形し、電圧をきるともとに戻ります。これを使って、フィンガーにしてものをつかんだり、人の瞳のように変形するので焦点可変レンズにもなり、筋肉のように伸縮させることもできます。糊等に使われるポリビニールアルコールも柔らかくすると同じように駆動します。これらは、フニャフニャした高分子材料（ゲル状）ですが、これに電圧をかけると、一定の方向に反ったり、曲がったりします。特徴的なのは、電流は流れないはずの絶縁体なのに、こうした反応をするのです。これを活かすと、電圧をかけたり、かけなかったりすることで、ものをつまんだり、はなしたりする動きをさせることができます（写真参照）。さらに、これをナノのスケールで編んだり組み合わせたりすれば、人工筋肉に応用することもできるはずです。
　何の変哲もない、どこにでもあるような材料でも、こうした機能を引き出し、繊維状にすると最先端のスマートテキスタイルというデバイスになるわけです。

―スマートテキスタイルに注目が集まるようになったきっかけは何なのですか？

　繊維状の一次元の材料を、撚ったり編んだりして様々な機能を持つものに生まれ変わらせて行くというのは、もともと繊維工学が持っていた一つの特性なのです。シルクという天然素材からスタートし、繊維学部は、蚕の品種改良で素材を良くし、また撚り方・編み方・染め方などで様々な特徴ある技術を生み出しました。次にナイロンやポリエステルという人工繊維が出現し、それを多様な形で構造化することで、多くの機能を実現してきました。そうした中で、特に近年、科学技術が進歩してナノメートルの単位でものを観察したり、操作することができるようになり、スマートテキスタイルの可能性が大きく広がってきたのです。他方で、電子デバイスや情報デバイスに使われる超微細加工技術の進歩が繊維や織物の中に微小デバイスを組込めるレベルに達したことが医療分野、介護分野などへの応用可能な柔軟な電子デバイスとしてのスマートテキスタイルを具体的な商品化レベルに近づけてきたからでしょう。

―具体的にはどういうことでしょうか？

　例えば、人の体温や心拍、発汗、汗の成分などの生理的な因子を繊維がセンシングし、体の動きがテキスタイルの摩擦を引き起こして発電し、その情報を病院に送るというようなことが可能になりつつあります。特別なことをしなくても知らないうちに介護に必要な情報が分かる訳で、手遅れにならずに済むことになります。大きくて複雑なデバイスだと壊れ易いが、微小で素材の持つ「賢さ」（スマートさ）を活用すると壊れにくい実用に堪えるテキスタイル・デバイス（装置）ができるのです。材料の内部でのこうした動きがナノスケールオーダーで解析でき、かつそれを制御するモデルを同じくナノのスケールで作り出せるようになってきた。このことが様々な特性の繊維に使われる高分子材料を使って今までにない機能を引き出し、それを組み合わせ、構造化することで、スマートテキスタイルの発展につながってきているのだと思います。

―暮らしへのどのような応用が考えられるのでしょうか？

　先程述べましたように、一例は人の生理状況をリアルタイムで追尾するような介護、医療などのシステムを支えるインテリジェント・テキスタイルです。
　それ以外では、センシングの点で言えば、例えば、環境（車、家、ビル、地域、自然）の状況や、光・音・環境（有害物質）を感知したり、監視したりする機能を持った繊維製品は、人に優しい究極的な住環境を提供する基盤を築くためのテキスタイルということになります。
　プロセッシングには、感知した情報に基づいて各種の変化が材料やテキスタイルの中で誘発され、様々な現象に連結します。その結果が、リアクションとして有効な結果をもたらします。
　エネルギーや情報の生成や伝達について言えば、太陽光や圧力、温度差などに反応して発電したり音や信号を出す機能につながります。家や車が鍵なしで応答したり、風呂敷のような畳める太陽電池はもとより、人と情報交換して調光するライト、調温する壁紙など、人々の生活が一変すると思います。もちろん、外界の変化に応じて形が変わり、強度・弾力性・色などが変化するという機能のスマートテキスタイルは、障害やリハビリを支援する人工筋肉とか、人工感覚器官とか、高次元の防護服とか、命と暮らしの隅々にまで応用可能です。
　スマートテキスタイルは人類の生活を一変させるものになると思います。

信州大学繊維学部
平井利博特任教授・名誉教授

研究分野：高分子材料化学
1970年信州大学繊維学部卒業、1976年大阪府立大学大学院工学研究科修了、1976年TULANＥ大学医学部講師、1979年信州大学繊維学部助手、1982年同助教授、1995年同教授、前繊維学部長、2013年現職。