Штучна шкіра, що відчуває дотик без батарейки: прорив корейських вчених

Сучасний ринок носимих пристроїв та гнучкої електроніки зростає швидкими темпами, що підвищує попит на сенсори, які можуть працювати автономно. Одним із найперспективніших напрямків вважаються трибоелектричні наногенератори, що перетворюють механічний вплив на електричний сигнал. Однак досі такі пристрої мали суттєві обмеження: їхня чутливість була фіксованою, а інтеграція у великі поверхні викликала труднощі.

Команда під керівництвом доцента Чекюна Кіма з Університету Ханьян у Південній Кореї запропонувала нове рішення — вертикально інтегрований трибтронний транзистор із двома затворами. Як пояснює дослідник, така архітектура дозволяє регулювати підсилення трибоелектричного відгуку та мінімізує розмір кожного пікселя, що відкриває можливість щільного розміщення датчиків на великій площі.

Пристрій складається з кількох шарів: верхній чутливий елемент виготовлений із полідиметилсилоксану (PDMS), під ним розташований ізолятор, а основою слугує тонкоплівковий транзистор на основі оксиду індію-олова-цинку. Принцип роботи полягає в тому, що під час заряджання сталева пластина торкається поверхні PDMS, створюючи трибоелектричний заряд. Коли об'єкт наближається, потенціал змінюється, що дозволяє фіксувати навіть наближення на відстані до 500 мікрометрів.

Експерименти показали, що чутливість системи можна регулювати електрично, змінюючи напругу нижнього затвора. Крім того, чим сильніший тиск, тим більша площа контакту між шаром PDMS та об'єктом, що підвищує заряд і покращує відгук. Пристрій демонструє стабільний час відгуку 127 мілісекунд і час відновлення 212 мілісекунд, а після тисячі циклів роботи характеристики не погіршуються.

Дослідники вже виготовили масив із 100 транзисторів, який успішно розпізнає дотик пальця на рівні окремих пікселів. На думку авторів, ця технологія може стати основою для створення електронної шкіри для роботів, протезів та носимих пристроїв, що дозволить їм точніше взаємодіяти з навколишнім середовищем. Це відкриває перспективи для медичних роботів, систем моніторингу здоров'я та автономних технологій.