韩国汉阳大学ERICA校区研究人员开发出一种垂直集成双栅晶体管设计，有望赋予机器人"可靠的触觉感知能力与高密度大面积集成特性"。
传统摩擦电子器件能够将触摸等机械刺激转化为电信号，但其灵敏度固定，且在大面积集成方面存在较大挑战。
在一项最新研究中，研究人员开发出一种新型垂直集成双栅摩擦电子晶体管架构，该架构具备可调节灵敏度、可靠的接触与接近检测能力，以及最小像素占用面积，从而支持高密度阵列集成。
这项技术有望为电子皮肤系统的发展铺平道路，使机器人和假肢能够可靠地感知人类触摸。
近年来，小型化与便携式电子设备，尤其是可穿戴与柔性设备的快速发展，推动了对自供电传感技术的需求持续增长。
其中，摩擦电纳米发电机（TENG）因其在高灵敏度触觉传感器研发方面的突出表现而受到广泛关注。TENG通过电荷重新分布，将外部机械刺激转化为电信号，在先进电子皮肤与智能机器人领域尤具吸引力。然而，传统摩擦电子器件存在灵敏度不可调节的问题，在大面积架构集成上也面临挑战，限制了其实际应用范围。
为突破上述局限，韩国汉阳大学光子与纳米电子学系副教授金在均（Jaekyun Kim）带领研究团队，开发出一种新型垂直集成双栅摩擦电子晶体管。
"我们的垂直双栅架构不仅实现了对摩擦电响应的栅极可调放大，还将像素占用面积降至最低，从而支持高密度大面积集成。"金博士解释道。
该研究于2026年4月9日在线发布，并于2026年6月15日发表在《纳米能源》第153卷。
所提出的双栅摩擦电子晶体管以聚二甲基硅氧烷（PDMS）摩擦电感测层作为顶栅，叠加在专用栅绝缘层之上，绝缘层下方则是铟锡锌氧化物（ITZO）薄膜晶体管（TFT）。这一创新配置实现了对灵敏度的协同控制。
在默认状态下，底栅用于设定流经ITZO晶体管的基准电流。为实现接触与接近感知，器件首先进入充电阶段——不锈钢板与PDMS表面接触，使界面处产生摩擦电荷。当钢板与PDMS层分离时，积累的电荷形成摩擦电势，作为顶栅电压，从而抑制流经ITZO晶体管的电流。
当带电钢板或其他物体再次靠近PDMS表面时，摩擦电势随之逐渐降低，晶体管电流随物体距离的变化而恢复。这种电流变化即为摩擦电子响应，用以指示接触或接近状态。
与此同时，底栅电压设定基准电流，使灵敏度可通过电气方式进行调节。研究人员发现，灵敏度随底栅电压的增大而提升。
此外，研究人员还证明，接触压力越大，PDMS层与接触物体之间的有效接触面积越大，产生的摩擦电荷越多，响应信号也越强。
该器件在每次接触-分离循环中，展现出稳定的响应时间与恢复时间，分别为127毫秒和212毫秒，且在经历1000次工作循环后性能保持稳定，未出现明显衰减。
为验证主动触觉感知能力，研究人员基于所提架构制造了一个10×10的晶体管阵列。在用不锈钢板对感测层完成初始充电后，他们演示了该阵列对手指触摸的像素级响应，以及利用不锈钢探针在最远500微米距离内实现的可靠接近感知。
"我们的研究将有助于推动电子皮肤系统的发展，使机器人、假肢设备及可穿戴电子产品能够更精准地感知触摸、压力和接近信号。"金博士表示，"这将促进更安全、更可靠的人机交互，在医疗机器人、健康监测和自主系统领域具有广泛应用前景。"
总体而言，这一创新架构为可编程、机械鲁棒性强的摩擦电子传感器阵列提供了可扩展平台，为先进人机交互界面的发展开辟了新路径。
Q&A
Q1：摩擦电纳米发电机（TENG）在触觉传感中是如何工作的？
A：摩擦电纳米发电机通过电荷重新分布，将触摸等外部机械刺激转化为电信号。当物体与感测层接触或分离时，界面处会产生摩擦电荷，形成可被检测的电势变化，进而实现对触摸和接近状态的感知。这一原理使其在电子皮肤和智能机器人领域具有重要应用价值。
Q2：汉阳大学开发的双栅摩擦电子晶体管有哪些技术优势？
A：该器件采用垂直集成双栅架构，顶栅为PDMS摩擦电感测层，底部为ITZO薄膜晶体管。其核心优势包括：灵敏度可通过底栅电压电气调节、像素占用面积最小化以支持高密度集成、接触响应时间127毫秒、恢复时间212毫秒，且经1000次循环后性能稳定无明显衰减，同时支持最远500微米距离的接近感知。
Q3：这项电子皮肤技术未来有哪些应用场景？
A：根据研究团队介绍，该技术主要面向以下应用方向：医疗机器人领域可实现更精准的触觉反馈；假肢设备可获得类人的触觉感知能力；可穿戴电子设备可实现更灵敏的健康监测；自主系统可获得更可靠的接触与接近感知，从而提升人机交互的安全性与可靠性。