作者:凯瑟琳·琼，密歇根大学
椭圆形纳米柱发光二极管的扫描电子显微镜图像
左两幅图像显示了由正交取向的纳米柱组成的两个发光二极管的高分辨率图像
右图显示了纳米柱阵列的一部分，每个阵列包含12，500个纳米柱
学分:密歇根大学 随着人工假肢和人机界面等机器人设备越来越多地融入社会，研究人员一直在更深入地研究与手具有相同功能的设备的灵敏度
人类的指尖非常敏感
他们可以交流小至40μm(约为人类头发宽度的一半)的物体细节，辨别表面纹理的细微差异，并施加足够的力来举起一个鸡蛋或一个20磅重的物体
一袋不打滑的狗粮
他们也可以相对轻松地操作对象
工程师们一直致力于模仿这种能力，最终用于机器人或假肢，并取得了不同程度的成功
在密歇根大学，教授
P
C
Ku和他的团队最近报告了一种改进的触觉感知方法，它可以高灵敏度地检测方向和力
该系统的高分辨率使其特别适合机器人和人机界面应用
制造起来也相对简单
博士生内森·dvořák说:“我们正在缩小人类和计算机之间的差距，所以也许我们可以教机器人如何以更接近我们自身能力的方式感受物体。”
Dvořák是教授领导的一个团队的成员
P
C
Ku在过去几年里一直在开发触觉传感器
他们是第一个使用非对称纳米柱将高度灵敏的触觉和方向性结合在一起的人——因此假肢装置能够更紧密地抓住下落的物体，或者人机界面能够区分上升运动和下降运动
单个传感器包括1个
6M纳米柱，排列成64个节点，由相互成直角的阵列对组成
学分:密歇根大学 作为概念证明，该团队构建了一个传感器，大约指尖大小，包含1
600万氮化镓(GaN)纳米柱
氮化镓被使用是因为它能够通过其固有的压电特性来测量力，这意味着它在受到压力时能够产生电荷
纳米柱的椭圆形和排列是其成功检测方向性的关键
最小的单位是纳米柱
每个纳米柱呈椭圆形，高450纳米，比人类头发的宽度小1000倍
每个纳米柱都配有自己的发光二极管
纳米柱被分成矩形的单个阵列，100×150个纳米柱，或者每个阵列12，500个纳米柱
然后，每个阵列被分组为与第二个阵列非常接近，并且与第二个阵列成直角
这种排列是它探测方向能力的关键
这两个正交阵列称为节点
触觉传感器的概念图
施加在纳米柱上的压力减少了发光二极管发出的光
学分:密歇根大学 一个完整的传感器由64个正方形节点组成
当向纳米柱施加力时，它会改变纳米柱发出的光强度，如视频所示
因为传感器能够确定力的方向，所以它可以提醒未来的假体装置是否有物体从它的抓握中掉落，需要更紧的抓握
该系统不需要复杂的电互连，这需要非常高的制造均匀性
它还使用了众所周知的易于重复的制造方法
“我们不需要在我们的设备上有100%的收益率，甚至不需要接近，”Dvořák说
“在我当前的一个设备上，有1个
传感器上有600万个纳米柱，即使阵列中25%的纳米柱在制造过程中损坏，它仍然有效，因为我们检测的是光强的变化，而不是绝对光强
" 这个视频展示了指尖被应用到纳米柱上
该系统足够灵敏，可以区分指纹中的各个脊线
当指纹脊越过纳米柱时，它会弯曲纳米柱，导致光强度降低，从而在手指在传感器上移动时产生整体闪烁效果
学分:密歇根大学 该传感器能够识别尺寸仅为4的物体
3μm，比人类指尖灵敏近10倍
它可以检测类似曲别针的物体的重量，大约0
1克
当前的概念验证使用现成的成像仪来检测触摸表面时发生的光线变化
“我们现在正在努力开发一个完整的系统，”Dvořák说
在使当前系统通电工作后，他将把传感器安装在一个CMOS成像器的顶部，该成像器将记录光强度的变化，并将其连接到一个用于自动信息处理的微处理器上
这项研究发表在《纳米快报》上的“具有方向灵敏度和高空间分辨率的超薄触觉传感器”中
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