La peau électronique permet une détection tactile et de proximité réglable pour les robots et les prothèses.
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Les progrès récents en matière d'électronique miniaturisée et portable, notamment pour les dispositifs portables et flexibles, ont accru la demande en technologies de détection autonomes. Parmi celles-ci, les nanogénérateurs triboélectriques (TENG) ont suscité un intérêt considérable pour le développement de capteurs tactiles de haute sensibilité.
Les TENG convertissent les stimuli mécaniques externes en signaux électriques par redistribution des charges électriques. Ils sont particulièrement prometteurs pour le développement de peaux électroniques avancées et de robots intelligents. Cependant, les dispositifs tribotroniques classiques souffrent d'une sensibilité non ajustable et leur intégration dans des architectures de grande surface pose problème, ce qui limite leurs applications pratiques.
Pour remédier à ces limitations, une équipe de recherche dirigée par le professeur associé Jaekyun Kim du département de photonique et de nanoélectronique de l'université Hanyang en Corée du Sud a développé un nouveau transistor tribotronique à double grille intégré verticalement.
« Notre architecture verticale à double grille offre non seulement une amplification réglable par grille des réponses triboélectroniques, mais minimise également l'empreinte des pixels, permettant une intégration haute densité sur grande surface », explique Kim.
Leur étude est publiée dans la revue Nano Energy .
Une conception empilée avec une sensibilité réglable
Le transistor tribotronique à double grille proposé comporte une couche de détection triboélectrique en polydiméthylsiloxane (PDMS) comme grille supérieure, empilée sur un isolant de grille dédié, lui-même positionné au-dessus d'un transistor à couches minces (TFT) en oxyde d'indium-étain-zinc (ITZO). Cette configuration permet un contrôle synergique de la sensibilité.
À l'état par défaut, la grille inférieure détermine le courant de base traversant le transistor ITZO. Pour activer la détection de contact et de proximité, le dispositif subit d'abord une phase de charge, durant laquelle une plaque en acier inoxydable entre en contact avec la surface en PDMS. Ceci provoque la formation de charges triboélectriques à l'interface.
Lorsque la plaque se sépare de la couche de PDMS, ces charges accumulées créent un potentiel triboélectrique qui agit comme la tension de grille supérieure, supprimant le flux de courant à travers le transistor ITZO.
Lorsque la plaque chargée ou un autre objet s'approche à nouveau de la surface en PDMS, le potentiel triboélectrique diminue progressivement, ce qui entraîne la restauration du courant du transistor en fonction de la proximité de la plaque ou de l'objet. Cette variation de courant constitue la réponse tribotronique, indiquant un contact ou une proximité.
Par ailleurs, la tension de grille inférieure détermine le courant de base, ce qui permet d'ajuster la sensibilité électriquement. Plus précisément, les chercheurs ont constaté que la sensibilité augmentait avec la tension de grille inférieure.
La pression amplifie la réponse électrique
Les chercheurs ont également démontré qu'une augmentation de la pression de contact élargit la zone de contact effective entre la couche de PDMS et l'objet en contact, générant ainsi davantage de charge triboélectrique et produisant une réponse plus forte.
De plus, le dispositif a présenté des temps de réponse et de récupération stables de 127 et 212 millisecondes, respectivement, lors de chaque cycle de contact-séparation. Il a également conservé des performances stables sans dégradation notable après 1 000 cycles de fonctionnement.
Pour démontrer la détection tactile active, les chercheurs ont fabriqué un réseau de 10 transistors par 10 selon l'architecture proposée. Après avoir initialement chargé la couche sensible à l'aide d'une plaque en acier inoxydable, ils ont démontré des réponses au niveau du pixel lors du contact des doigts, ainsi qu'une détection de proximité fiable jusqu'à 500 micromètres de distance grâce à une sonde en acier inoxydable.
Vers des réseaux de capteurs tactiles plus denses
« Nos recherches pourraient contribuer au développement de systèmes de peau électronique permettant aux robots, aux prothèses et aux dispositifs électroniques portables de percevoir le toucher, la pression et la proximité avec une plus grande précision », explique Kim. « Cela permettra une interaction homme-machine plus sûre et plus fiable, avec des applications dans les robots médicaux, la surveillance de la santé et les systèmes autonomes. »
Globalement, cette architecture offre une plateforme évolutive pour les réseaux de capteurs tribotroniques programmables et mécaniquement robustes, ouvrant la voie à des interfaces homme-machine avancées.
https://techxplore.com/news/2026-08-electronic-skin-enables-tunable-proximity.html