Ученые из Университета Ханьян (Южная Корея) разработали вертикально интегрированный триботронный транзистор с двойным затвором. Устройство решает проблему масштабирования тактильных датчиков большой площади. Статья опубликована в журнале Nano Energy.
Развитие портативной электроники увеличило спрос на автономные сенсорные технологии. Трибоэлектрические наногенераторы преобразуют внешние механические раздражители в электрические сигналы. Эти устройства используются для разработки систем электронной кожи и умной робототехники. Существующие датчики имеют нерегулируемую чувствительность и сложны в производстве.
Команда предложила новую архитектуру транзистора. Сенсорный слой из полидиметилсилоксана выполняет функцию верхнего затвора. Он расположен на специальном изоляторе поверх тонкопленочного элемента из оксида индия, олова и цинка. Вертикальная интеграция минимизирует площадь пикселя и обеспечивает высокую плотность размещения контактов.
Нижний затвор устанавливает базовый ток, протекающий через транзистор. Для обнаружения контакта стальная пластина соприкасается с полимерной поверхностью, формируя заряды на границе раздела. При разделении материалов возникает трибоэлектрический потенциал: он подавляет протекание тока, что позволяет регистрировать прикосновение.
Тестирование сенсорной панели
При приближении заряженного объекта к поверхности потенциал постепенно снижается. Ток восстанавливается в зависимости от расстояния до предмета, обеспечивая функцию датчика приближения. Чувствительность системы настраивается электрическим путем через изменение напряжения на нижнем затворе. Увеличение давления при контакте генерирует больше заряда и дает более сильный отклик.
Устройство продемонстрировало стабильное время отклика на уровне 127 миллисекунд. Период восстановления в течение каждого цикла контакта и разделения составил 212 миллисекунд. Датчики сохранили стабильные рабочие характеристики без признаков деградации после 1 тыс. циклов использования. Архитектура обеспечивает механическую прочность всей сенсорной матрицы.
Инженеры изготовили массив транзисторов размером 10 на 10 элементов. Панель продемонстрировала реакцию на касания пальцев на уровне отдельных пикселей. Так, система смогла определить приближение стального зонда на расстоянии до 500 микрометров. Разработка найдет применение в медицинских роботах, системах мониторинга здоровья и автономных механизмах.
Ранее роботов научили аккуратно поднимать тяжести в паре с людьми.