汉阳大学ERICA 研究人员开发了一种垂直集成的双栅极晶体管设计，可以为机器人提供“可靠的触摸感应和高密度、大面积集成”。
传统的摩擦电子设备将触摸等机械刺激转换为电信号，提供固定的灵敏度，并对大面积集成提出了挑战。
在一项新研究中，研究人员开发了一种新型垂直集成双栅极摩擦电子晶体管架构，该架构提供可调灵敏度、可靠的接触和接近检测，以及用于高密度阵列集成的最小像素占用空间。
这项技术可以为电子皮肤系统铺平道路，使机器人和假肢能够可靠地感知人类的触摸。
小型化和便携式电子产品（特别是可穿戴和柔性设备）的最新发展增加了对自供电传感技术的需求。
其中，摩擦纳米发电机（TENG）因开发高灵敏度触觉传感器而受到越来越多的关注。 TENG 通过电荷的重新分布将外部机械刺激转换为电信号。
它们对于先进电子皮肤和智能机器人技术的发展特别有吸引力。然而，传统的摩擦电子器件存在灵敏度不可调节的问题，并且在集成到大面积架构中提出了挑战，限制了实际应用。
为了解决这些限制，韩国汉阳大学光子学与纳米电子学系 Jaekyun Kim 副教授领导的研究小组开发了一种新型垂直集成双栅极摩擦电子晶体管。
“我们的垂直双栅极架构不仅提供摩擦电子响应的栅极可调放大，而且还最大限度地减少了像素占用空间，从而实现高密度、大面积集成，”Kim 博士解释道。
他们的研究于 2026 年 4 月 9 日在线发布，并发表在《 纳米能源 2026 年 6 月 15 日。
所提出的双栅极摩擦电子晶体管采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）摩擦电传感层作为顶栅极，堆叠在专用栅极绝缘体的顶部，而专用栅极绝缘体又位于氧化铟锡锌（ITZO）薄膜晶体管（TFT）上方。这种创新配置提供了灵敏度的协同控制。
在默认状态下，底栅极设置流过 ITZO 晶体管的基线电流。为了实现接触和接近传感，该设备首先经历充电阶段，其中不锈钢板与 PDMS 表面接触。
这会导致界面处形成摩擦电荷。当极板与 PDMS 层分离时，这些积累的电荷会产生摩擦电势，充当顶栅电压，从而抑制流经 ITZO 晶体管的电流。
当带电板或另一个物体再次接近 PDMS 表面时，摩擦电势逐渐降低，导致晶体管电流根据板或表面的接近程度而恢复。电流的这种变化充当摩擦电子学响应，指示接触或接近。
同时，底栅电压设置基线电流，从而可以对灵敏度进行电调节。具体来说，研究人员发现灵敏度随着底栅电压的增加而增加。
研究人员还表明，增加接触压力会扩大PDMS层和接触物体之间的有效接触面积，产生更多的摩擦电荷并产生更强的响应。
此外，该设备在每个接触-分离周期中都表现出稳定的响应时间和恢复时间，分别为 127 毫秒和 212 毫秒。在 1,000 个操作周期后，它还保持稳定的性能，没有明显下降。
为了演示主动触觉传感，研究人员使用所提出的架构制造了一个 10 × 10 晶体管阵列。
最初使用不锈钢板对传感层充电后，他们展示了对手指触摸的像素级响应，以及使用不锈钢探针在长达 500 微米的距离内可靠的接近传感。
“我们的研究可能有助于电子皮肤系统的开发，使机器人、假肢设备和可穿戴电子设备能够更精确地感知触摸、压力和接近度，”金博士说道。
“这将带来更安全、更可靠的人机交互，并应用于医疗机器人、健康监测和自主系统。”
总体而言，这种创新架构为可编程、机械稳健的摩擦电子传感器阵列提供了一个可扩展的平台，为先进的人机界面铺平了道路。