Искусственная кожа без батареек: новый транзистор позволяет чувствовать прикосновения и приближение объектов

Чувствительная к касаниям искусственная кожа: разработка на основе транзистора, не требующего батарейки

Как сообщает НВ — Техно: 11 августа, 12:00

Учёные из Университета Ханьян под руководством доцента Чекюна Кима представили двухзатворный триботронный транзистор с вертикальной архитектурой. Это устройство может стать основой искусственной кожи, которая работает без батарей и умеет распознавать не только касания, но и приближение объектов.

Принцип действия основан на трибоэлектрическом эффекте: механическое воздействие изменяет ток, проходящий через транзистор, и это изменение воспринимается как сигнал. Чувствительность регулируется нижним затвором, поэтому система способна подстраиваться под разные условия эксплуатации.

Верхний слой устройства выполнен из полидиметилсилоксана (PDMS) и служит трибоэлектрическим чувствительным элементом. Под ним находятся изолятор затвора и тонкоплёночный транзистор на основе оксида индия, олова и цинка. Для включения режима распознавания прикосновений пластина из нержавеющей стали контактирует с поверхностью PDMS, создавая трибоэлектрический заряд. Чем выше напряжение на нижнем затворе, тем чувствительнее отклик. Более сильное нажатие увеличивает фактическую площадь соприкосновения PDMS с объектом, что усиливает заряд и сигнал датчика.

Устройство реагирует на стимул за 127 миллисекунд, а восстанавливается за 212 миллисекунд. После тысячи рабочих циклов значительного ухудшения параметров не зафиксировано. Исследователи также собрали матрицу размером 10×10 элементов, которая различает касание пальца на уровне отдельных пикселей и фиксирует приближение стального зонда на дистанции до 500 микрометров.

«Вертикальная компоновка с двумя затворами решает две задачи: позволяет настраивать усиление трибоэлектрического отклика и минимизировать площадь каждого пикселя. Это упрощает создание плотных сенсорных массивов на больших поверхностях», - пояснил доцент Чекюн Ким.

Он также отметил, что разработка приближает создание электронной кожи, с помощью которой роботы, протезы и носимые устройства смогут точнее воспринимать касания, давление и близость объектов. Технология потенциально применима в следующих направлениях:

• электронная кожа
• роботы и робототехника
• протезирование
• носимая электроника
• медицинские роботы
• системы мониторинга здоровья
• автономные технологии

Результаты исследования опубликованы в журнале Nano Energy. Для русскоязычных читателей подобные разработки особенно ценны: они показывают, как можно избавить носимые и медицинские устройства от необходимости постоянной подзарядки, сохранив при этом высокую точность сенсоров. Появление таких технологий способно ускорить развитие адаптивных робототехнических систем, реабилитационного оборудования и автономных решений, повышая их эффективность и удобство использования.

Разработка новых технологий в области биомедицинских материалов продолжает удивлять. Например, искусственные сосуды, созданные с помощью магнитов, демонстрируют высокую точность и потенциальные возможности в медицине. Эти достижения подчеркивают важность инновационных решений для создания более эффективных и функциональных устройств, таких как искусственная кожа без батареек.