Hur mänskliga fingrar känner av molekyler

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Har du någonsin undrat hur akut en persons känsel är? Tidigare arbete har visat att våra fingrar kan upptäcka gupp så små som 13 nanometer på höjden. Och var och en av oss med slutna ögon kommer att skilja trä från metall och plast, eftersom dessa material har olika texturer och absorberar värmen från fingrar på olika sätt. Men forskare vid University of California, San Diego har funnit att genom beröring kan människor känna skillnaden mellan två ytor som bara skiljer sig åt i det översta lagret av molekyler.

Teamet, ledd av professor Darren Lipomi, använde två kiselskivor, en belagd med ett oxiderat skikt dominerat av syreatomer och den andra täckt med ett kol-fluorbaserat teflonmaterial. Båda tallrikarna var släta och såg ungefär likadana ut.

I det första experimentet ombads en grupp på 15 frivilliga att föra fingret över tre plattor och gissa vilken som skilde sig från de andra två. Deltagarna klarade testet 71 % av gångerna.

Det andra testet visade sig vara svårare. Forskare har applicerat åtta tvärgående ränder av ett oxiderat och teflonskikt på långsträckta kiselskivor. I dessa remsor spelade olika material rollen som "ettor" och "nollor" i den binära koden, och en bokstav i det åttabitars ASCII-alfabetet krypterades på varje platta.

Den här gången kunde tio av de elva deltagarna i experimentet, uppenbarligen inte långt ifrån programmering, dechiffrera ordet Lab (Laboratory) genom att föra fingret längs plattorna. Det tog dem i genomsnitt mindre än fem minuter.

Enligt forskarna kan människor känna dessa skillnader på grund av de olika glidande friktionskrafterna som uppstår när två objekt i vila börjar glida i förhållande till varandra. Det är på grund av detta fenomen som knarrandet av dörrgångjärn eller ljudet från ett stannande tåg genereras.

Under testerna visade det sig att effektiviteten av att känna igen olika ytor beror på hur snabbt fingret rör sig och hur hårt det trycker på plattan.

Lipomi och hans kollegor skapade ett "konstgjort finger med en sensor och tryckgivare", som fördes över olika material. Efter att ha bearbetat data med en datormodell fann de att vid vissa kombinationer av hastighet och tryck blev skillnaderna mellan ytorna helt svårfångade.

"Våra resultat visar en anmärkningsvärd mänsklig förmåga att snabbt hitta rätt kombination av kraft och hastighet för att uppfatta skillnaden mellan dessa ytor," säger Lipomi i ett pressmeddelande. Intressant nog kan ett "konstgjort finger" med bara en sensor också känna av denna skillnad … ingenting att göra med de hundratals nervändarna i vår hud och receptorer i ligamenten, lederna, handlederna, armbågen och axeln som gör att människor kan känna små skillnader vid beröring."

Forskningsresultaten, publicerade i Materials Horizons, är grundläggande för utvecklingen av teknologier som e-skin, taktila proteser och taktila virtuell verklighetskontroller.