Jak ludzkie palce wyczuwają cząsteczki

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak wyostrzony jest zmysł dotyku danej osoby? Poprzednie badania wykazały, że nasze palce mogą wykrywać guzy o wysokości nawet 13 nanometrów. I każdy z nas z zamkniętymi oczami odróżni drewno od metalu i plastiku, bo te materiały mają inną fakturę i w inny sposób pochłaniają ciepło palców. Ale naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego odkryli, że poprzez dotyk ludzie mogą wyczuć różnicę między dwiema powierzchniami, które różnią się tylko górną warstwą molekuł.

Zespół kierowany przez profesora Darrena Lipomi wykorzystał dwie płytki krzemowe, jedną pokrytą warstwą utlenioną zdominowaną przez atomy tlenu, a drugą pokrytą materiałem teflonowym na bazie węgla i fluoru. Obie płyty były gładkie i wyglądały prawie tak samo.

W pierwszym eksperymencie poproszono grupę 15 ochotników o przesunięcie palcem po trzech talerzach i odgadnięcie, który z nich różni się od pozostałych dwóch. Uczestnicy zdawali test w 71% przypadków.

Drugi test okazał się trudniejszy. Naukowcy nałożyli osiem poprzecznych pasków utlenionej i teflonowej warstwy na wydłużone wafle krzemowe. W tych paskach różne materiały pełniły rolę „jedynek” i „zer” kodu binarnego, a na każdej płytce była zaszyfrowana litera ośmiobitowego alfabetu ASCII.

Tym razem dziesięciu z jedenastu uczestników eksperymentu, najwyraźniej niedaleko programowania, było w stanie rozszyfrować słowo Lab (Laboratorium) przesuwając palcem po płytkach. Zajęło im to średnio mniej niż pięć minut.

Według naukowców, ludzie mogą odczuwać te różnice ze względu na różne siły tarcia ślizgowego, które występują, gdy dwa obiekty w spoczynku zaczynają się ślizgać względem siebie. To z powodu tego zjawiska generowane jest skrzypienie zawiasów drzwi lub odgłos zatrzymującego się pociągu.

Podczas testów okazało się, że skuteczność rozpoznawania różnych powierzchni zależy od tego, jak szybko porusza się palec i jak mocno naciska na płytkę.

Lipomi i jego koledzy stworzyli „sztuczny palec z czujnikiem i przetwornikiem ciśnienia”, który został przepuszczony przez różne materiały. Po przetworzeniu danych za pomocą modelu komputerowego odkryli, że przy niektórych kombinacjach prędkości i ciśnienia różnice między powierzchniami stały się całkowicie nieuchwytne.

„Nasze wyniki pokazują niezwykłą ludzką zdolność do szybkiego znajdowania właściwej kombinacji siły i prędkości, aby dostrzec różnicę między tymi powierzchniami" – mówi Lipomi w komunikacie prasowym. Co ciekawe, „sztuczny palec" z tylko jednym czujnikiem również może wyczuć tę różnicę. nie ma nic wspólnego z setkami zakończeń nerwowych w naszej skórze i receptorami w więzadłach, stawach, nadgarstkach, łokciach i barkach, które pozwalają ludziom odczuwać niewielkie różnice w dotyku.”

Wyniki badań, opublikowane w Materials Horizons, mają fundamentalne znaczenie dla rozwoju technologii, takich jak e-skin, dotykowe protezy i dotykowe sterowanie rzeczywistością wirtualną.