Ihmismäinen kosketustunto robotteihin ja proteeseihin

Miniatyrisoidun ja kannettavan elektroniikan, erityisesti puettavien ja joustavien laitteiden, viimeaikainen kehitys on lisännyt omavoimaisten tunnistusteknologioiden kysyntää.

Näistä triboelektriset nanogeneraattorit (TENG) ovat saaneet enemmän huomiota erittäin herkkien tuntoantureiden kehittämiseksi. TENGit muuntavat ulkoiset mekaaniset ärsykkeet sähköisiksi signaaleiksi sähkövarausten uudelleenjakautumisen kautta. Ne ovat erityisen houkuttelevia edistyneiden elektronisten ihojen ja älykkäiden robotiikan kehittämisessä.

Perinteiset tribotroniset laitteet kärsivät kuitenkin ei-viritettävästä herkkyydestä ja aiheuttavat haasteita integroinnissa laaja-alaisiin arkkitehtuureihin, mikä rajoittaa käytännön sovelluksia.

Näiden rajoitusten ratkaisemiseksi apulaisprofessori Jaekyun Kimin johtama tutkimusryhmä Hanyangin yliopiston fotoniikan ja nanoelektroniikan laitokselta Etelä-Koreasta on kehittänyt uuden vertikaalisesti integroidun kaksoisporttisen tribotronisen transistorin. ”

Meidän vertikaalien kaksoisporttiarkkitehtuuri ei tarjoa ainoastaan triboelektronisten vasteiden portilla säädettävää vahvistusta vaan minimoi pikselijalanjäljen, mikä mahdollistaa tiheän ja laaja-alaisen integroinnin ”, tohtori Kim selittää.

Ehdotetussa kaksoisporttitransistorissa on polydimetyylisiloksaanista (PDMS) valmistettu triboelektrinen tunnistuskerros yläporttina, joka on pinottu erillisen porttieristeen päälle, joka puolestaan on sijoitettu indium-tina-sinkkioksidista (ITZO) valmistetun ohutkalvotransistorin (TFT) yläpuolelle. Tämä innovatiivinen kokoonpano tarjoaa synergistisen herkkyyden säädön.

Aktiivisen tuntoaistin osoittamiseksi tutkijat valmistivat ehdotettua arkkitehtuuria käyttäen 10 × 10 transistorimatriisin. Varattuaan aluksi tuntokerroksen ruostumattomasta teräksestä valmistetulla levyllä he osoittivat pikselitason vasteet sormen kosketuksiin sekä luotettavan läheisyystunnistuksen jopa 500 mikrometrin etäisyydellä ruostumattomasta teräksestä valmistettua anturia käyttäen.

”Tutkimuksemme voisi edistää sellaisten elektronisten ihojärjestelmien kehittämistä, joiden avulla robotit, proteesit ja puettavat elektroniikkalaitteet voivat havaita kosketusta, painetta ja läheisyyttä tarkemmin”, toteaa tohtori Kim. ”Tämä johtaa turvallisempaan ja luotettavampaan ihmisen ja koneen väliseen vuorovaikutukseen, ja sitä voidaan soveltaa terveydenhuollon roboteissa, terveyden seurannassa ja autonomisissa järjestelmissä. ”

Kaiken kaikkiaan tämä innovatiivinen arkkitehtuuri tarjoaa skaalautuvan alustan ohjelmoitaville, mekaanisesti kestäville tribotronisille anturiryhmille, mikä tasoittaa tietä edistyneille ihmisen ja koneen rajapinnoille.

Tarkempi kuva

Aiheista aiemmin

Tribosähköinen nanogeneraattori kuparinanolevyistä

Kipua ja vammoja aistiva neuromorfinen robotti-iho