復旦大学の論文は、3体のSFシーンを実現：体にディスプレイ画面を装着し、ナビゲートやチャットも可能

誰もが歩くディスプレイ画面であり、これは単なる SF のワンシーンではありません。

羅吉が最も感動したのは、旅の途中で出会った人々でした。彼らの服も美しい模様を反映しており、誰もが異なるスタイルを持っていて、中には写実的なものもあれば抽象的なものもありました。

「後でわかるでしょう。今はゆっくり休んでください。」医者は小さくため息をついた。「でも、このことは知らないほうがいいですよ。」医者が振り返って去ると、白衣の上にうねる暗い雲が現れ、看護師の服にはたくさんの大きな目が映った。中には恐怖の目をしている者もいれば、涙を浮かべている者もいた。

劉慈欣のSF小説『三体』では、主人公の羅季が185年間の冬眠を経て西暦2211年に到来する。この時点で、人の衣服は着る人の感情に応じて色や模様を変えることができ、衣服一つ一つがディスプレイ画面に相当する。

2211年まではまだ200年近くあるが、この本に描かれている光景は、私たちにとってはそう遠くないようだ。

ちょうど今、「ネイチャー」誌の最新号に、復旦大学高分子学部の彭慧生教授チームの研究成果「大面積ディスプレイファブリックとその機能統合システム」が掲載されました。

この生地は、名前の通り、ディスプレイ装置の準備と生地の織り工程を組み合わせ、衣服をディスプレイとして活用できるようにしており、何度も洗ったり折りたたんだりすることができ、実用価値も高い。査読者は、この研究が「重要かつ価値のある新たな知識を生み出す」と確信している。

プロセッサの助けを借りて、人間の脳波を読み取り可能な情報に変換し、布地に表示することができます。 ‍

ファブリックシステムにはディスプレイ、キーボード、電源が含まれており、コミュニケーションツールとして使用できます。電池で充電することも、太陽光で動かすこともできます。

ファブリック システム内のディスプレイ画面、キーボード、電源、および関連モジュール。

最も重要なのは、入力、通信、ナビゲーションなどの機能も備えており、まさに「ウェアラブルデバイス」であることです。これを着れば、街で一番目立つ男になれると言えるでしょう。

入力操作。

携帯電話による通信操作。

真のウェアラブルナビゲーター。

この生地は直径0.5ミリメートル未満のさまざまな色の光る繊維で作られており、見た目は普通の糸と変わりません。布地を織る過程で、経糸と緯糸が織り合わさって、ディスプレイのピクセル配列に似たドットマトリックスが自然に形成されます。

これに着想を得て、研究チームは、発光活性物質を充填したポリマー複合繊維と透明導電性ポリマーゲル繊維という2種類の機能性繊維の開発に注力しました。この2つを織り工程で縦糸と横糸に織り込んで発光ユニットを形成し、効果的な回路制御によって新しいタイプのフレキシブルディスプレイファブリックを実現します。

ペン教授は、これがコミュニケーションに革命をもたらし、「声、発話、言語に困難を抱える人々が他者に自分自身を表現することを助ける」可能性があると考えている。

「この布地素材が電子機器との関わり方を変え、次世代の電子機器を形作ってくれることを期待しています」と彭慧生氏は語った。

彭慧生氏に加え、復旦大学先端材料研究所の准研究員である陳培寧氏もこの論文の責任著者である。論文の第一著者は、復旦大学高分子科学科の博士課程学生であるShi Xiang氏、修士課程学生のZuo Yong氏、工学応用技術研究所の博士課程学生のZhai Peng氏である。

左から2番目は復旦大学高分子科学科長の彭慧生氏。画像出典：復旦大学WeChat公式アカウント。

発光縦糸＋導電性横糸＝ディスプレイ生地

彭慧生氏とその同僚は、既存の技術を改善する方法について10年間考え、さまざまな繊維材料を試しました。残念ながら、一部の素材は暗闇では見えなかったり、繊維を織り合わせると性能が低下したりすることがあります。

何度も失敗した後、ついに転機が訪れました。彼らの画期的な発見は、織物の構造と、織物の縦糸と横糸がどのように織り合わされているかを観察した後に起こりました。

研究者たちは布地を観察し、布地の繊維が交差する部分に小さな光る点を作ることにした。そのためには、綿などの繊維を織り込んだ光る縦糸と導電性の横糸を使う必要がある。

さまざまな組み合わせをテストした後、研究者たちは、発光複合材でコーティングされた銀コーティングの縦糸と、ある種のゲルで作られた導電性立体糸に落ち着きました。下の図 1 は、発光経糸、透明導電性緯糸、およびそれらの接触面積の機械的特性を示しています。

布の「糸」は準備ができたので、今度はそれを織り合わせる必要があります。

研究チームは、綿布を使用して発光縦糸と導電性横糸を織り込み、長さ6メートル、幅25センチメートル、約5×10^5個のELユニット（電界発光ユニット）を含む大面積ディスプレイ布を作成した。データによれば、600 EL ユニットの光度の相対偏差は -6.3% ～ 5.2% であり、これらの繊維は大面積ディスプレイ ファブリックの製造に非常に適していることがわかります。

さらに、これらのELユニットは優れた発光性能を備えているだけでなく、1,000回の曲げ、伸張、圧縮テスト後も安定した明るさを維持します。

下の図（左）はELユニットの特性を示し、下の図（右）は生地の構造とEL性能を示しています。

このディスプレイ生地の耐久性はどのくらいですか?研究チームによれば、この生地は1か月間屋外に放置され、100回の洗濯と乾燥を繰り返され、1万回折りたたまれた後でも明るさを維持したという。

次の図は、ポリウレタンイオンゲル繊維とELユニットの耐久性を示しています。

最後に、彭慧生教授は、この素材が健康上の問題や言語の壁などによるコミュニケーション上の問題を人々が克服するのに役立つことを期待しており、彼のチームはディスプレイの明るさ、解像度、光点の色の種類を増やすなど、改良を続けていく予定です。