エネルギー
MXeneインクの突破により、ワイヤレス充電可能なスマート衣料が実現
Securities.io を Google の優先ソースに追加
技術の進歩により、今日では電話、冷蔵庫、テレビ、時計、自転車、車、財布からオーブン、眼鏡、ドアベル、サーモスタット、歯ブラシに至るまで、すべてがスマートになっています。
予想外かもしれませんが、次にスマート化が進んでいるのは服です。その通りです！衣類や繊維さえもスマートになっています。温度、動き、圧力を感知し応答できる繊維を想像してみてください。
繊維は至る所にあり、広い表面積とユーザーに近い位置にあるため、機能を統合することは有望な取り組みとなります。
多くの大手ファッションブランドが約束を掲げているものの、センサー付きスマートウェアや次世代テキスタイルはまだ日常生活の一部となっていません。これは、テキスタイルベースの電子機器（e‑テキスタイル）にはテキスタイル上の電源が必要であり、ユーザーの快適さに悪影響を及ぼす可能性があるためです。
代替案として、衣服上でエネルギーを回収する方法が採用されています。光起電力デバイスは、比較的低電圧ながら妥当な出力を得られる例ですが、製造工程が複雑で光が必要です。圧電デバイスは、かなりの電圧を生成しますが、電流はμAレベルにとどまります。
ここで、ワイヤレス充電は大きな利点を提供でき、研究者はMXeneに注目し、テキスタイルに直接統合しています。
Drexel大学の研究者はカリフォルニアのAccenture Labsと協力し、ワイヤレス充電可能な完全なテキスタイルエネルギーグリッドを構築しました。
グリッド構築のプロセスと実現可能性を詳述した、最新の研究（米国国立衛生研究所の支援）では、MXeneで構成されたインクを使用して不織布コットンテキスタイルに印刷したことが報告されています。
この印刷は直接印刷方式で簡単に行え、インクは常温で乾燥させてテキスタイルに適用できます。
Drexel大学の衣服上エネルギーグリッドは、sEMGセンサーを含む実際の電子機器に電力を供給し、リアルタイムでデータを送信できます。チームはまた、MXeneコイルで直接駆動されるワイヤレスジュールヒーターも開発しました。
MXene: 無限の可能性を持つ2次元ナノ材料
Drexelで開発されたMXeneは、導電性が高いだけでなく、衣類が受ける洗濯、伸縮、折りたたみにも耐える耐久性を持つナノ材料です。
自然な導電性に加えて、MXeneは電磁放射を透過せず、安定したコロイド溶液として水中に分散できます。これにより、化学添加剤を使用せずにテキスタイルに簡単にコーティングできます。MXeneは超スーパーキャパシタンスも示し、センサー分野でも有望です。これらのナノフレークはほぼすべての表面に自由に配置できます。
これらすべての特性により、MXeneは他の材料に対して明確な優位性を持ち、機能性を付加し電気エネルギーを生成・蓄積するためにテキスタイルに統合する理想的な候補となります。Drexel大学は次のように述べています:
「MXeneの可能性は無限です。」
例えば、研究者は開発し、チタンカーバイドMXeneフレークの高性能フィルムを大量生産する戦略を確立し、航空宇宙、バイオ医療、柔軟電子デバイスへの応用が期待されています。別の場所では、科学者は発見し、p型特性を持つ新しいMXene材料を見つけ、ナノテクノロジー応用の可能性を高めました。別のチームは解明し、MXeneの触媒における可能性を引き出し、再生可能エネルギー貯蔵のための水素キャリアとしてのアンモニア利用を促進しています。
実は10年以上前に、Drexel大学工学部材料科学・工学科の研究者がこの2次元カーバイドまたは窒化物ファミリーを発見しました。数原子層の厚さしかないこの構造は、特性と用途の両面で巨大な可能性を示しました。
MXeneは1種類だけではなく、さまざまな種類があり、さらに多くの可能性があります。
「可能性は空が限界です。」
– Yury Gogotsi、Drexel工学部教授でA.J. Drexelナノマテリアル研究所所長、数年前
その後、研究者はMXeneをコーティングとして適用し、幅広い材料に優れた特性を付与できる可能性を探求し始めました。
現在、最新の概念実証により、大学はさらに大きな進展を遂げました。これは、現在はかさばる硬いバッテリーの使用に制限されているウェアラブル技術にとって大きな一歩です。
かさばるエネルギー供給は剛性部品を必要とし、理想的ではないと語り、研究リーダーのGogotsiは、これらは着用者にとって単に不快で侵入的であると説明しました。
e‑テキスタイルは壁に差し込むことができますが、直接電源は動きを制限します。彼は付け加えました:
「（それらは）時間とともに硬い電子部品と柔らかいテキスタイルの界面で失敗しやすくなります。」
これらのインターフェースはユーザーの快適さを低下させ、機械的故障しやすくなります。また、e‑テキスタイルの洗濯性の問題もあり、取り扱いが非常に難しいです。
そこで、Drexelの研究チームは、柔軟で軽量な綿基板上にテキスタイルグリッドを印刷しました。そのサイズは小さなパッチにすぎませんでした。
さらに、電磁波をエネルギーに変換しワイヤレス充電を可能にするMX‑coilと呼ばれる印刷共振コイルが含まれています。また、エネルギーを蓄えデバイスに電力を供給する3つのテキスタイルスーパーキャパシタもあります。
クリックして、熱を電気に変換できるファブリックについて学びましょう。
エネルギー貯蔵用スーパーキャパシタ『パッチ』
出典: Drexel University
MXene機能化テキスタイルの耐久性、電気伝導性、エネルギー貯蔵容量を、LEDライトのような受動デバイス以外の電子機器を駆動するようには最適化されていない状態で調査した結果、DrexelとAccenture Labsは開発しましたこれらのスーパーキャパシタを昨年。
当時、チームはこのスーパーキャパシタが数分で充電でき、約2時間にわたり温度センサーとデータの無線通信に電力を供給できると報告しました。
Gogotsi、研究に共同執筆したGogotsiは、当時、技術を布に完全に統合するためには、電源もシームレスに統合できなければならないと指摘しました。
「私たちの発明はテキスタイルエネルギー貯蔵デバイスの将来への道筋を示しています。」
– Gogotsi
MXeneが布に容易に付着することで、Drexelのスーパーキャパシタは高エネルギー密度を示し、実用的な応用をサポートでき、実際のテキスタイルベースのエネルギー貯蔵を実装するために必要です。
MXeneテキスタイルスーパーキャパシタパッチは、最小限の材料とスペースでエネルギー貯蔵容量を最大化することを目標に設計されました。これにより、製造コスト全体を削減しながら、衣服の柔軟性と着用性を維持しました。
スーパーキャパシタを作成するために、編み込まれた綿テキスタイルの小片をMXene溶液に浸しました。その後、リチウム塩化物電解質ゲルの上に層状にしました。各スーパーキャパシタセルは、MXeneでコーティングされた2層のテキスタイルから構成されています。
デバイスを駆動できるパッチを作るため、面積25平方センチメートルの5セルを積層し、6ボルトまで充電可能なパワーパックを作成しました。セルは真空シールされ、性能低下を防止しています。
チームのスーパーキャパシタは、Arduino Pro Mini 3.3Vマイクロコントローラに電力を供給でき、テキスタイルエネルギーデバイスとして記録された最高総出力の一つとなりました。
マイクロコントローラは、30秒ごとに温度をワイヤレスで送信し、96分間動作しました。この性能は20日以上にわたり安定して維持されました。
テキスタイルにおけるワイヤレス充電の実現
エネルギー貯蔵装置、すなわちバッテリーよりも速くエネルギーを供給できるスーパーキャパシタを作成した後、チームはMX‑coilと3つのテキスタイルスーパーキャパシタを含むテキスタイルグリッドの開発に取り組み始めました。
チームは、さまざまなe‑テキスタイル用途にシステムが有効であることを実証しました。例えば、開発されたグリッドは3.6ボルトでワイヤレス充電でき、ウェアラブルセンサーや腕時計、電卓に電力を供給できます。小型デバイスに加えて、コンピュータのデジタル回路にも電力を供給できる容量がありました。
小型電子機器でグリッドをテストしたところ、わずか15分間充電するだけで、90分以上小型デバイスを駆動できる十分なエネルギーを生成できることが判明しました。
さらに、通常の衣類が受ける摩耗をシミュレートするために、徹底的な洗濯と曲げサイクルを実施した結果、グリッドの性能はほとんど低下しないことが研究者により確認されました。
神経学の准教授であるFlavia Vitale博士が率いるチームは、ペンシルベニア大学の協力者と共に、筋肉の動きをモニタリングするMXeneベースのワイヤレスバイオセンサー電極（MXtrodes）でテストしました。
エネルギー貯蔵が必要な衣服上アプリケーションに加えて、チームはエネルギー貯蔵を必要としない使用例も示しました。たとえば「比較的座位が多いユーザーの状況」などです、とA.J. Drexelナノマテリアル研究所のGogotsi研究室の研究助手であるAlex Inman博士は述べました。
この点において、チームはシステムを用いて市販の温度・湿度センサーアレイとマイクロコントローラに電力を供給し、収集したデータをリアルタイムで放送しました。30分間のワイヤレス充電だけで、センサーからのリアルタイム放送というエネルギー集中的な機能を13分間駆動しました。
MX‑coilはさらに、印刷されたテキスタイル上の加熱要素（ジュールヒーター）に電力を供給するために使用されました。概念実証として約4℃の温度上昇を生成しました。Gogotsiによれば:
「さまざまな技術がワイヤレス充電で駆動可能です。アプリケーションを選択する際の主な考慮点は、ウェアラブル用途として妥当であることです。」
バイオロジカルセンサーは医療の未来として、テキスタイルに直接統合でき、データの品質と信頼性を向上させ、ユーザーの快適さを高めます。Gogotsiは、彼らの研究はテキスタイルベースの電力グリッドが多数の周辺デバイスに電力を供給できることを示していると述べました。
エンターテインメントやトレーニング向けのAR/VR用ウェアラブルハプティクスから、ファッションや作業安全のためのファイバー型LED、外部電子機器の制御まで、テキスタイルベースの電力グリッドはさまざまな潜在的使用例を示しています。
大きな成果ではあるものの、共鳴特性を創出するための設計最適化や、効率向上のために他の材料を追加する必要があります。今後、Drexelの研究者は、テキスタイルへの統合性や性能への悪影響を抑えつつ、システムのスケールアップに注力する予定です。
全体として、GogotsiとInmanによれば、MXene材料はさまざまな技術をテキスタイル形態に変換する上で重要な役割を果たす可能性があります。
「ワイヤレス充電から十分な電力を生成でき、さまざまなアプリケーションに電力を供給できます。次のステップは統合です。MXeneが大きく貢献できるのは、導電トレース、アンテナ、センサーなど多くの機能に利用できることです。」
– Inman
e‑テキスタイルの実現から恩恵を受ける企業
スマートウェアは成長市場で、現在の評価額は約51.6億ドルと推定され、2025年から2030年にかけて年平均成長率26.2％で拡大すると予測されています。ユーザーの健康・フィットネスへの関心が高まる中、Google (GOOGL )やApple (AAPL )といったテック大手はウェアラブル技術を開発しており、e‑テキスタイルからも恩恵を受ける可能性があります。
2019年、Levi (LEVI )はGoogleと提携し、スマートトラッカージャケットを発売しました。ジャカード技術が組み込まれ、布の特定部分で携帯電話を操作できるようになっています。
MXeneベースのテキスタイルは医療分野でも価値があり、Medtronic（MDT）などの企業が快適性と安全性の向上に活用できます。
では、スマートウェアの進展から大きく恩恵を受ける可能性のある2社を見てみましょう。
1. Vuzix Corporation
スマートウェアは、バーチャルリアリティ（VR）や拡張リアリティ（AR）産業において使用範囲と成長余地が大きく、触覚フィードバックなどの感覚的手がかりを通じて物理世界とオンライン世界の境界を曖昧にし、ユーザーにより没入感のある体験を提供できます。
VuzixはウェアラブルARおよびVRディスプレイ技術のサプライヤーです。MXeneベースのe‑テキスタイルをウェアラブルに統合することで、外部バッテリーパックを排除し、ユーザーの動きを制限せずに体験を大幅に向上させることができます。
VUZI 価格チャート
現在、その市場パフォーマンスを見ると、時価総額7620万ドルの同社の株価は今年44.36％下落し、執筆時点で1株あたり1.22ドルで取引されています。EPS（TTM）は-1.26、P/E（TTM）は-0.92です。
2024年第2四半期に、同社は報告しました総収益が77％減少し、1.1百万ドルとなり、2Q23の4.7百万ドルと比較されました。この減少は、特にM400スマートグラスの製品販売低下が原因です。
この期間の総損失は30万ドルで、収益が減少したために固定製造間接費をカバーできなかったことが原因です。一方、研究開発費は240万ドルでした。2024年6月30日時点で、Vuzixは現金および現金同等物が990万ドル、総運転資本は2210万ドルでした。
2. Nike
このアパレル大手は長らくスマートウェアを探求しており、MXeneベースのワイヤレス充電衣料を統合することで、Nikeはユーザーの機能性や快適性に影響を与えずにバイオメトリックデータを追跡できる高度なアスレチックウェアを開発できる可能性があります。
最近、同社は発表しましたAerogamiという新しい通気性アパレル技術で、汗を感知して自動的に開閉する湿度反応型ベントを備えています。これにより、ランナーは運動中に体温をより適切に調整できます。同社のパフォーマンスアパレル技術は、アスリートの体がウォームアップ、汗をかき、クールダウンするリアルタイムで「相互作用する製品」を作ることを目指しています。
NKE 価格チャート
現在、財務面を見ると、Nikeは時価総額60億ドルの企業で、株価は現在77.20ドルで、今年は28.18％下落しています。EPS（TTM）は3.49、P/E（TTM）は22.36で、配当利回りは1.90％です。
2024年8月31日で終了した四半期の2025会計年度の財務結果について、同社は報告しました売上高は11.6億ドルで、前年比10％減少しました。純利益も28％減少し、11億ドルとなりました。Nikeは近年、消費者需要の減速に苦しんでいますが、スポーツウェア業界で40％の市場シェアを保持しています。
一方、現金および同等物と短期投資は103億ドルで、前年から約15億ドル増加しています。株主へのリターンは増加し続け、配当金として5億5800万ドルが支払われ、株式買戻しに12億ドルが費やされました。
結論
テクノロジーは最も成長の速い分野で、私たちの生活のほぼすべて、ワードローブも含めて影響を与えています。しかし、柔軟で伸縮性のあるテキスタイルエネルギー貯蔵ソリューションは、現在利用可能な材料と技術の性能が不十分であるため、多くのe‑テキスタイルシステムで未発達のままです。
継続的な研究とイノベーションにより、ついにスマートウェアが実現するかもしれません。ここで、驚異的な素材であるMXeneは多様性に優れ、e‑テキスタイルを可能にするだけでなく、将来のエネルギー需要にも対応できる大きな可能性を提供します。
