主要成果
マルチモーダル・ウェアラブルバイオセンサの統合により、アスリートのパフォーマンスと健康状態をリアルタイムで監視する手法が進化している。具体的には、生体電位（Biopotential）、物理的（Physical）、化学的（Chemical）な信号を同時に捉えるプラットフォームが開発されており、これにより心拍、筋肉収縮、関節回転、汗などのデータを非侵襲的に収集し、身体の限界点やパフォーマンスを正確に把握することが可能になる。
技術・詳細
本技術は主に以下の3つのセンサファミリーで構成される。
- 生体電位センサ：ECG（心電図）、EMG（筋電図）、EEG（脳波）などを測定する。3Dニット銀電極を組み込んだスマートウェアでは、従来の臨床用電極に近い信号対雑音比（SNR）6.95 dBを達成した。また、衣服越しに動作し、差動利得56 dBで信号を増幅しANT+技術で送信するコインサイズのドライ電極システムや、圧縮ウェアに電極を埋め込んだAthos sEMGシステムなどが開発されている。
- 物理センサ：加速度計、ジャイロスコープ、IMU、圧力センサなどで動作を定量化する。MXene-メラミンスポンジ複合体を用いた柔軟な圧力センサをテニスラケットに統合し、AIアルゴリズムと組み合わせることで、ストローク分類精度98.2%を達成した。また、PVDF/BaTiO₃ナノ複合繊維を用いた圧電センサは、動作から機械的エネルギーを回収し、外部バッテリーなしでデータを無線送信できる。
- 化学センサ：汗から乳酸、ナトリウム、カリウム、pH、コルチゾールなどのバイオマーカーを検出する。ポンプ不要のマイクロ流体デバイスでは、40秒以内に汗を電極に輸送し、サイクリング中の指標を同時測定できる。また、マルチウォールカーボンナノチューブ/Cu-HHTP金属有機構造体を用いた乳酸センサは、検出限界1.09 μMを実現している。
背景・業界の文脈
これまで精密な生体データ収集には、大型の実験設備や体に固定する電極が必要であり、実際のトレーニング環境とは乖離があった。しかし、ウェアラブル技術市場は2024年に約842億ドルと評価され、年平均成長率（CAGR）13.6%で2030年には1861.4億ドルに達すると予測されており、商用的な需要も極めて高い。
今後の展望
今後の課題は、皮膚と電極のインターフェース改善にある。特に長時間の運動では、ハイドロゲル電極の乾燥によるインピーダンス上昇や、動作に伴う摩擦でノイズが発生する。これに対し、生物の流体輸送に着想を得た円錐形マイクロポーラスJanus金ナノワイヤ/ニトロセルロース構造などの、汗に強い電極の開発が進んでいる。単一のセンサ性能の向上ではなく、異なる性質の信号を時間的に整合させ融合させる「マルチモーダル統合」こそが、次なる技術的フロンティアになるとされている。
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