Как човешките пръсти усещат молекули

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Чудили ли сте се колко остро е усещането за допир на човек? Предишна работа показа, че пръстите ни могат да открият неравности с височина до 13 нанометра. И всеки от нас със затворени очи ще различава дървото от метала и пластмасата, тъй като тези материали имат различни текстури и абсорбират топлината на пръстите по различни начини. Но изследователи от Калифорнийския университет в Сан Диего са открили, че чрез докосване хората могат да усетят разликата между две повърхности, които се различават само в горния слой на молекулите.

Екипът, ръководен от професор Дарън Липоми, използва две силициеви пластини, едната е покрита с окислен слой, доминиран от кислородни атоми, а другата е покрита с тефлонов материал на основата на въглерод-флуор. И двете плочи бяха гладки и изглеждаха почти еднакво.

В първия експеримент група от 15 доброволци бяха помолени да плъзнат пръста си по три чинии и да познаят коя е различна от другите две. Участниците преминаха теста в 71% от времето.

Вторият тест се оказа по-труден. Учените са приложили осем напречни ивици от окислен и тефлонов слой върху удължени силициеви пластини. В тези ленти различни материали играеха ролята на "единици" и "нули" на двоичния код, а на всяка плоча беше криптирана буква от осембитовата ASCII азбука.

Този път десет от единадесетте участници в експеримента, очевидно недалеч от програмирането, успяха да дешифрират думата Lab (Лаборатория), като плъзгат пръста си по плочите. Отне им средно по-малко от пет минути.

Според изследователите хората могат да усетят тези разлики поради различните сили на плъзгане на триене, които възникват, когато два обекта в покой започнат да се плъзгат един спрямо друг. Именно поради това явление се генерира скърцането на пантите на вратите или шумът от спиращ влак.

По време на тестовете се оказа, че ефективността на разпознаване на различни повърхности зависи от това колко бързо се движи пръстът и колко силно натиска плочата.

Липоми и колегите му създадоха „изкуствен пръст със сензор и преобразувател на налягането“, който беше прокаран върху различни материали. След обработка на данните с компютърен модел, те открили, че при някои комбинации от скорост и налягане, разликите между повърхностите стават напълно неуловими.

„Нашите резултати показват забележителна човешка способност бързо да намира правилната комбинация от сила и скорост, за да усети разликата между тези повърхности“, казва Липоми в прессъобщение. Интересното е, че „изкуствен пръст“само с един сензор може също да усети тази разлика „Нищо общо със стотиците нервни окончания в кожата ни и рецепторите в лигаментите, ставите, китките, лакътя и рамото, които позволяват на хората да усещат малки разлики при докосване."

Резултатите от изследването, публикувани в Materials Horizons, са от основно значение за развитието на технологии като електронна кожа, тактилни протези и тактилни контроли за виртуална реалност.