氧化锌薄膜的压电特性是方向性的，并且是由极性偶极子产生的
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使用三维聚二甲基硅氧烷柱阵列的剪切力传感 ， 测量剪切力需要新的策略 ， 因为力传感器通常对测量面内力不敏感 。 氧化锌薄膜的压电特性是方向性的 ， 并且是由沿垂直于薄膜的基板表面的轴方向定向的极性偶极子产生的 。 对于任何其他方向 ， 这些压电系数都可以忽略不计 。 最直接的策略是通过在多力传感器上使用三维结构将剪切应力转换为法向应力 ， 施加在支柱上的横向力将根据力的方向与多个传感器的子集相互作用 。
【氧化锌薄膜的压电特性是方向性的，并且是由极性偶极子产生的】通过计算同一支柱的传感器响应的差异 ， 可以提取力的方向 。 单次和重复的多点触控输入在响应时间、灵敏度或其他属性方面没有表现出任何差异 。 剪切力也可以通过在阵列上方滑动手指来实时可视化 ， 其中静止图像上的红色箭头表示滑动方向 ， 颤动图显示相应的剪切力分布 。 颤动图中只有与触摸界面相关的箭头指示移动手指的方向 ， 成功捕获了触摸输入的多维信息 。
科学家演示了机器人夹具的闭环控制 ， 其中每个手指都配备了一个触觉传感器阵列 。 图6A描述了闭环抓取的配置和控制程序的操作原理 。 有关夹具配置和控制软件的详细信息 ， 请参见补充材料和无花果 。 夹持器使用来自触觉阵列的反馈安全地夹持易碎或重物 ， 而无需人工干预夹持过程 。 当生鸡蛋放在安装单个氧化锌薄膜晶体管阵列的夹持器的范围中心并发出夹持命令 ， 每个手指接近鸡蛋 ， 直到从单个氧化锌薄膜晶体管阵列记录到一定的力 。
如果单个氧化锌薄膜晶体管阵列的平均法向力变得比之前设定的值强 ， 则手指停止移动 。 一旦夹持器静止 ， 生鸡蛋的支撑地板就会向下移动 ， 以模拟提升场景 。 剪切力传感可用于检测物体在抓握界面处的滑动 ， 并可进一步用于闭环算法以实现具有自调节抓握力的系统 。 当抓手试图抓握相对较重且较滑的物体时 ， 正常抓握无法感知滑动 ， 因此 ， 物体会在传感器阵列的顶部滑动滑动动作将结合三维柱阵列对传感器产生恒定的向下剪切力 ， 当测量的剪切力值被输入反馈回路时 ， 夹具自动调整力 ， 没有任何视觉或人工辅助 ， 实现安全抓握 。
为了实现这一点 ， 在闭环控制系统中包含一个归一化的阈值力值 ， 并根据传感器阵列的归一化净剪切力进行计算 。 如果法向力不超过阈值力 ， 则夹爪手指会施加更大的夹持力 。 随着阈值的实时刷新 ， 这个过程一直重复 ， 直到法向力超过阈值 。 制造的阵列表现出出色的空间和时间分辨率 ， 对法向力具有很强的敏感性 ， 并且三维聚二甲基硅氧烷柱结构对剪切力的大小和方向具有很强的敏感性 。
新的单个氧化锌薄膜晶体管触觉阵列通过三维力信息成功地实时捕获了触觉输入 。 此外 ， 触觉阵列与机器人夹具集成在一起 ， 用于演示闭环控制系统 。 夹持器系统成功地夹住并举起易碎物体 。 该系统还使用剪切力反馈检测滑移并调整提升重物时的抓地力 。 值得注意的是 ， 设备的缩小导致力传感器阵列具有极高的时空分辨率 。
当从原始基板释放时 ， 在高度弯曲的条件下或经过反复弯曲循环后 ， 这些器件保持了它们的性能 。 这些功能也在脉冲传感器、防水操作或与机械臂集成等多种应用中得到了展示 。 这项研究为构建灵活的法向和剪切力传感组件提供了一条通用途径 ， 这些组件可以很容易地集成到机器人应用程序中 ， 以进行闭环操作的精细操作 。
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