一個由納米線發(fā)光二級管制成的類似皮膚的傳感器陣列由美國研究人員制造出來，它可以直接將皮膚接觸轉變?yōu)楣庑盘?。新的裝置似乎是比人類皮膚更敏感。它是新一代觸屏智能機和機器人程序的福音，它能改善人機交互，生物成像和光學微機電系統(tǒng)(MEMS)等等。

物聯(lián)網機器人不像人的其他四個感官–視覺，聽覺，嗅覺和味覺–在實驗室中，觸覺依然很頑固地難以被模仿。一款優(yōu)秀的人工皮膚需要對至少50微米范圍的觸摸區(qū)域高度敏感并對所受壓力快速做出反應。研究人員已經成功地制造出此種傳感器陣列用來做電子皮膚，或“智能皮膚”。它們由納米線或微結構的橡膠層組裝而成，這些納米線和橡膠層能響應壓力，改變電容或電阻。但是，即使在最好的情況下，這些材料也只能以毫米級的分辨率來顯示受力的分布。

在喬治亞理工學院，一個由王中林(音譯)帶領的團隊在這個問題上已經取得了很大進步。他們通過開發(fā)第一個基于單管LED的受力/施力傳感器陣列來解決這一問題，這個陣列可以在小余3微米的范圍內快速映射力的變化。這種新裝置的像素密度高達每英寸6350點(6350DPI)，這比之前同類傳感器的記錄好1000倍。一個像素就是一個LED燈管，燈管包含單根生長在有p型雜質的氮化鎵上的氧化鋅納米線。由于所謂的“壓力—矩陣光電”效應，這種燈管對局部受壓力，施力和所受張力敏感。

壓電電位

壓電材料在受到機械應力時產生極化電荷，同時組件晶體的對稱性變得扭曲。“壓力—光電”設備依靠這個原則，通過產生在單個納米結構末端的極化電荷來控制電子傳輸和重組，納米結構與P-N接口相連，光就產生在那里。王中林(音譯)解釋說，在這種新工藝里，受到張力的氧化鋅納米線在兩個端部產生壓電電荷，形成一個壓電電位。這種電位扭曲了納米線的帶隙結構，使電子在P—N接口區(qū)域停留更長時間，這就提高了LED的發(fā)光效率。

設備發(fā)出的光隨著受力的變化而變化。這種輸出信號是電致發(fā)光，可以很容易地和芯片上的光子技術集成，做到快速地傳遞，處理和記錄數據。王中林(音譯)說，傳統(tǒng)的使用橫桿電極進行順序數據輸出的方式被替換掉，所有的納米管能夠平行地收到壓力圖像或映射信號。這意味著，相比于傳統(tǒng)的基于壓阻或電容效應的設計，這種輸出信號可以被更快得檢測到(在90毫秒內)。

“這種方法可能是機械信號的數字成像技術的一個重大的進步，通過光學手段潛在應用于觸控板，個性化簽名，生物成像和光學MEMS”，王中林對物理世界網站說到。這樣的傳感器陣列也可以制作在柔性基板(如PDMS或碳纖維)。由于圖案化的氧化鋅納米線可以培植在任何采用低溫溶液生長技術的平面上，這一技術有可能開辟出許多其他應用領域。

團隊使他們的設備使用低溫化學生長技術在氮化鎵薄膜襯底上創(chuàng)建氧化鋅納米線圖案化陣列。然后研究人員用PMMA熱塑性塑料填充納米線之間的空隙，再用氧等離子體蝕刻掉多余的PMMA熱塑塑料，暴露出納米管的頂端。最后的步驟包括形成歐姆接觸，底部的氮化鎵薄膜使用鎳–金電極，陣列頂部沉積透明的銦錫氧化物薄膜作為公共電極。

更靈敏的機器人?更好的假肢?

該傳感器陣列可以檢測到細微至10kPa的壓力變化，類似于一次輕輕的手指觸碰。除了可能提供給機器人更敏感的觸覺，使他們能夠調整掌握的東西的力量以外，新的設備也可以被用來改善人體假肢。他們甚至可能被用于所謂的電子簽名映射。現(xiàn)在，傳感器會記錄下一個人簽署自己名字時所受到的壓力或施加的力，以及與他們寫的速度，使簽名更安全。

團隊表示，他們現(xiàn)在將考慮如何進一步提高陣列的空間分辨率。這可能是通過降低納米線的直徑，使單位陣列內容下更多的納米管和使用更高溫度制造流程來完成。