皮膚に貼り付けて、画像メッセージを表示できる──。そんなスキンディスプレーの実用化に向けた研究を、東京大学 大学院工学系研究科長 教授の染谷隆夫氏らの研究チームと大日本印刷(DNP)が進めている。両者は2020年7月13日、スキンディスプレーのフルカラー化を実現したと記者会見で発表した。

オンライン記者会見の様子(写真:オンライン記者会見の画面キャプチャー)

 研究チームは、かねてデバイスを皮膚に直接貼り付けるスキンエレクトロニクスの研究を進めてきた。その一つが、薄くて伸縮性があり皮膚に貼り付けることができるスキンディスプレーの開発である。

 今回開発したのは、薄いゴムシートに2.5㎜間隔で12×12画素のフルカラーLEDを埋め込んだスキンディスプレー。従来は単色表示のみ可能だったのに対し、9000色以上の表現ができるようになった。スキンディスプレーの厚さは約2㎜で、皮膚に直接貼り付けても人の動きを妨げることがないという。

 まずは、次世代のコミュニケーションツールとしての応用を目指している。新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の影響で、距離を隔てた状況や遠隔でのコミュニケーションが求められる中、体の上に直接表示することによって、スマートフォンなどの既存ツールよりも「相手をより近くに感じる効果があるのではないか」と染谷氏は期待する。

 大日本印刷では2020年度からスキンディスプレーを始めとしたスキンエレクトロニクスの実用化に向けて検証を開始するという。

曲げ伸ばししても破損しない

 スキンディスプレーの開発には、皮膚に貼り付けられるほど伸縮性のある電子回路基板を実現するため、伸縮変形に追従できる電極配線を採用する必要がある。しかし、これまでの電極配線は、素材を伸ばした際に電気抵抗が大きくなり、繰り返し伸縮すると断線しやすく、柔らかい材料と硬い部品の接合部に応力がかかり破損しやすいという課題があった。

電極配線の比較(出所:記者会見の発表資料)

 そこで大日本印刷は、“DNP方式”と呼ぶ独自の電極配線を開発。この配線は、一方向だけではなく全方向に伸縮可能で、変形させても電気抵抗が変化しないという特徴を持つ。

 一般に、30%の伸縮率があれば体表面の伸縮に追従できるとされているが、DNP方式の配線では200%の伸縮率を実現できるため、「伸び縮みの耐久性が非常に高い」と大日本印刷 研究開発センター 部長の前田博己氏は話す。配線と電子部品をつないだ状態で、電極の伸び縮みを100万回以上繰り返しても、断線や抵抗値の変動がないことが確認できているという。

伸び縮みさせても破損しない様子(出所:大日本印刷)

 この配線を採用した電極を使用することで、1.5㎜角という比較的大きなフルカラーLEDを搭載しても、伸び縮みに伴って破損することのないスキンディスプレーを開発できたというわけだ。そのため、皮膚だけでなく曲面を含むさまざまなものに貼り付けることができる。

LEDの代わりにセンサーを搭載

 研究チームでは、こうした皮膚に貼り付けることができるデバイスの技術を、ディスプレー以外にも応用しようと検討している。その一つが、LEDの代わりにセンサーを搭載した、皮膚に貼り付けるセンサーとしての活用である。

大日本印刷 研究開発センター 部長の前田博己氏。右手の甲にセンサーを搭載したスキンディスプレーを貼り付けている(写真:オンライン記者会見の画面キャプチャー)

 体に身に着けるのではなく、貼り付けることで、日常生活を送る際にかさばることなくセンシングができる可能性がある。搭載するセンサー次第で、体の動きや体調などのさまざまなデータが取得できそうだ。

 研究チームでは、体勢を検知したり脈拍を測定したりするセンサーの利用を検討しているという。例えば、「体勢を検知するセンサーを搭載して、赤ちゃんの皮膚に貼り付ければ、起きているのか寝ているのかが分かるセンサーとして活用できる」と前田氏は話す。

センサーを内蔵したスキンディスプレーの応用例(出所:記者会見の発表資料)

 センサーで測定したデータをスキンディスプレーに表示すれば、コミュニケーションをとる相手と感覚情報を共有する新たな手段としても使える可能性がある。研究チームは今後、体表面に近いところで表示できるセンシングデバイスがコミュニケ―ションに与える効果についても検証するとしている。

(タイトル部のImage:出所は大日本印刷)