Воспроизвести электронными средствами нечто столь чувствительное, как человеческая кожа, оказалось много сложнее, чем ожидалось в самом начале этого пути, в 1990-х. Но мало-помалу ситуация меняется…

Чжунлин Вань (Zhong Lin Wang) из Технологического института Джорджии (США) представил осязательный сенсор, имеющей в основе массив транзисторов, которые выполнены из нанонитей оксида цинка.

Рис. 1. Набор транзисторов на прозрачной и гибкой полимерной основе способен преобразовывать механическое воздействие в электрические сигналы, причём по точности делает это не сильно хуже, чем человеческая кожа на пальцах. (Фото Georgia Tech / Gary Meek).

Хотя разработок такого рода много, их чувствительность пока очень низка. Между тем г-н Вань утверждает, что

его вариант в 15 раз лучше ближайшего рукотворного конкурента. Более того, он будто бы почти подобрался к уровню чувствительности пальца среднего Homo Sapiens.

Массив сенсоров из оксида цинка имеет пьезоэлектрические свойства: каждый кристалл создаёт электрический заряд, когда к нему прикладывается механическое воздействие. Это радикально отличается от стандартных подходов, когда нажатие меняет сопротивление сенсоров или их ёмкость.

В новой схеме нет и традиционного для электроники затвора: чтобы контролировать ток, текущий через нановолокна, используется лишь вышеупомянутый заряд пьезоэлектрического происхождения.

Благодаря прочности наноструктур из оксида цинка сенсорный массив ничуть не теряет в чувствительности при деформации, что позволяет применять его в гибкой электронике. При этом условия наращивания таких нановолокон довольно мягки и не требуют слишком высоких температур, что даёт возможность использовать в качестве подложки полимерные материалы.

Разумеется, говорить о том, что столь чувствительные осязательные сенсоры могут заменить кожу людям, потерявшим какую-то её часть или лишившимся той или иной конечности и живущим с протезом, пока не приходится. Создать просто «кожу» мало: её сигналы нужно научить перекодировать в импульсы, воспринимаемые нервной системой, что не менее сложно. Однако без применения сенсоры такого рода не останутся уже сейчас.

Так, по словам разработчика, его датчики столь чувствительны, что по одной силе нажатия и её изменениям во времени и пространстве при письме могут отличить подлинность подписи того или иного лица, делая возможным удалённую верификацию тех же финансовых транзакций или каких-то правовых действий.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.