p Usando feixes de nanofios de óxido de zinco verticais, pesquisadores fabricaram matrizes de transistores piezotrônicos capazes de converter movimentos mecânicos diretamente em sinais de controle eletrônico. As matrizes podem ajudar a dar aos robôs um senso de toque mais adaptável, fornecem melhor segurança em assinaturas manuscritas e oferecem novas maneiras de os humanos interagirem com dispositivos eletrônicos. p As matrizes incluem mais de 8, 000 transistores piezotônicos em funcionamento, cada um dos quais pode produzir independentemente um sinal de controle eletrônico quando colocado sob tensão mecânica. Esses transistores sensíveis ao toque - chamados de "taxels" - podem fornecer melhorias significativas na resolução, sensibilidade e operações ativas / adaptativas em comparação com as técnicas existentes para detecção tátil. Sua sensibilidade é comparável à da ponta de um dedo humano.

p Os taxéis alinhados verticalmente operam com transistores de dois terminais. Em vez de um terceiro terminal de porta usado por transistores convencionais para controlar o fluxo de corrente que passa por eles, os táxis controlam a corrente com uma técnica chamada "strain-gating". Strain-gating baseado no efeito piezotronic usa as cargas elétricas geradas na interface de contato Schottky pelo efeito piezoelétrico quando os nanofios são colocados sob tensão pela aplicação de força mecânica.

p A pesquisa será publicada no dia 25 de abril na revista. Ciência conectados, no Science Express local na rede Internet, e será publicado em uma versão posterior do jornal impresso Ciência .

p "Qualquer movimento mecânico, como o movimento dos braços ou dos dedos de um robô, poderia ser traduzido para sinais de controle, "explicou Zhong Lin Wang, professor do Regents e Hightower Chair na Escola de Ciência e Engenharia de Materiais do Instituto de Tecnologia da Geórgia. "Isso poderia tornar a pele artificial mais inteligente e mais parecida com a pele humana. Permitiria que a pele sentisse atividade na superfície."

p Imitar a sensação do toque eletronicamente tem sido um desafio, e agora é feito medindo as mudanças na resistência solicitadas pelo toque mecânico. Os dispositivos desenvolvidos pelos pesquisadores da Georgia Tech contam com um fenômeno físico diferente - minúsculas cargas de polarização formadas quando materiais piezoelétricos como o óxido de zinco são movidos ou colocados sob tensão. Nos transistores piezotrônicos, as cargas piezoelétricas controlam o fluxo de corrente através dos fios, assim como as tensões de porta fazem nos transistores convencionais de três terminais.

p A técnica só funciona em materiais que possuem propriedades piezoelétricas e semicondutoras. Essas propriedades são vistas em nanofios e filmes finos criados a partir das famílias de materiais wurtzita e mistura de zinco, que inclui óxido de zinco, nitreto de gálio e sulfeto de cádmio.

p Em seu laboratório, Wang e seus co-autores - pós-doutorado Wenzhuo Wu e assistente de pós-graduação Xiaonan Wen - fabricaram matrizes de 92 por 92 transistores. Os pesquisadores usaram uma técnica de crescimento químico em aproximadamente 85 a 90 graus Celsius, o que lhes permitiu fabricar matrizes de transistores piezotônicos verticais com restrição de tensão em substratos adequados para aplicações de microeletrônica. Os transistores são compostos por pacotes de aproximadamente 1, 500 nanofios individuais, cada nanofio entre 500 e 600 nanômetros de diâmetro.

p Nos dispositivos de array, os transistores piezotrônicos verticais com restrição de tensão ativos são ensanduichados entre os eletrodos superior e inferior feitos de óxido de estanho e índio alinhados em configurações de barra transversal ortogonal. Uma fina camada de ouro é depositada entre as superfícies superior e inferior dos nanofios de óxido de zinco e os eletrodos superior e inferior, formando contatos Schottky. Uma fina camada do polímero Parileno é então revestida sobre o dispositivo como uma barreira contra umidade e corrosão.

p A densidade da matriz é de 234 pixels por polegada, a resolução é melhor do que 100 mícrons, e os sensores são capazes de detectar mudanças de pressão tão baixas quanto 10 quilopascais - resolução comparável à da pele humana, Disse Wang. Os pesquisadores da Georgia Tech fabricaram várias centenas de matrizes durante um projeto de pesquisa que durou quase três anos.

p As matrizes são transparentes, o que pode permitir que sejam usados ​​em touchpads ou outros dispositivos para impressão digital. Eles também são flexíveis e dobráveis, expandindo a gama de usos potenciais.

p Entre as aplicações potenciais:

• Gravação de assinatura multidimensional, em que não apenas os gráficos da assinatura seriam incluídos, mas também a pressão exercida em cada local durante a criação da assinatura, e a velocidade com que a assinatura é criada.
• Sensor adaptativo de forma em que uma mudança na forma do dispositivo é medida. Isso seria útil em aplicações como pele artificial / protética, tratamentos biomédicos inteligentes e robótica inteligente nos quais os arrays sentiriam o que estava em contato com eles.
• Sensor tátil ativo no qual as operações fisiológicas de mecanorreceptores de entidades biológicas, como os folículos capilares ou os fios de cabelo na cóclea, são emuladas.

Como os arrays seriam usados ​​em aplicativos do mundo real, os pesquisadores avaliaram sua durabilidade. Os dispositivos ainda funcionavam após 24 horas imersos em soro fisiológico e água destilada.

p O trabalho futuro incluirá a produção de matrizes de taxel a partir de nanofios únicos em vez de pacotes, e integração das matrizes em dispositivos de silício CMOS. O uso de fios simples pode melhorar a sensibilidade das matrizes em pelo menos três ordens de magnitude, Disse Wang.

p "Esta é uma tecnologia fundamentalmente nova que nos permite controlar dispositivos eletrônicos diretamente usando agitação mecânica, "Wang acrescentou." Isso poderia ser usado em uma ampla gama de áreas, incluindo robótica, MEMS, interfaces homem-computador e outras áreas que envolvem deformação mecânica. "