Πώς τα ανθρώπινα δάχτυλα αντιλαμβάνονται τα μόρια

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ πόσο οξεία είναι η αίσθηση της αφής ενός ατόμου; Προηγούμενη εργασία έχει δείξει ότι τα δάχτυλά μας μπορούν να ανιχνεύσουν εξογκώματα τόσο μικρά όσο 13 νανόμετρα σε ύψος. Και ο καθένας μας με κλειστά μάτια θα ξεχωρίσει το ξύλο από το μέταλλο και το πλαστικό, γιατί αυτά τα υλικά έχουν διαφορετική υφή και απορροφούν τη θερμότητα των δακτύλων με διαφορετικούς τρόπους. Ωστόσο, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο ανακάλυψαν ότι μέσω της αφής, οι άνθρωποι μπορούν να αισθανθούν τη διαφορά μεταξύ δύο επιφανειών που διαφέρουν μόνο στο ανώτερο στρώμα των μορίων.

Η ομάδα, με επικεφαλής τον καθηγητή Darren Lipomi, χρησιμοποίησε δύο γκοφρέτες πυριτίου, το ένα επικαλυμμένο με ένα οξειδωμένο στρώμα που κυριαρχείται από άτομα οξυγόνου και το άλλο καλυμμένο με υλικό τεφλόν με βάση το φθόριο άνθρακα. Και τα δύο πιάτα ήταν λεία και έμοιαζαν σχεδόν ίδια.

Στο πρώτο πείραμα, ζητήθηκε από μια ομάδα 15 εθελοντών να σύρουν το δάχτυλό τους σε τρία πιάτα και να μαντέψουν ποιο ήταν διαφορετικό από τα άλλα δύο. Οι συμμετέχοντες πέρασαν το τεστ στο 71% των περιπτώσεων.

Το δεύτερο τεστ αποδείχτηκε πιο δύσκολο. Οι επιστήμονες έχουν εφαρμόσει οκτώ εγκάρσιες λωρίδες οξειδωμένου στρώματος και τεφλόν σε επιμήκεις γκοφρέτες πυριτίου. Σε αυτές τις λωρίδες, διαφορετικά υλικά έπαιζαν το ρόλο των «μονάδων» και «μηδενικών» του δυαδικού κώδικα και ένα γράμμα του αλφαβήτου ASCII των οκτώ bit ήταν κρυπτογραφημένο σε κάθε πιάτο.

Αυτή τη φορά, δέκα από τους έντεκα συμμετέχοντες στο πείραμα, προφανώς όχι μακριά από τον προγραμματισμό, μπόρεσαν να αποκρυπτογραφήσουν τη λέξη Lab (Εργαστήριο) σύροντας το δάχτυλό τους κατά μήκος των πλακών. Τους πήρε, κατά μέσο όρο, λιγότερο από πέντε λεπτά.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι άνθρωποι μπορούν να αισθανθούν αυτές τις διαφορές λόγω των διαφορετικών δυνάμεων τριβής ολίσθησης που συμβαίνουν όταν δύο αντικείμενα σε ηρεμία αρχίζουν να γλιστρούν το ένα σε σχέση με το άλλο. Σε αυτό το φαινόμενο προκαλείται το τρίξιμο των μεντεσέδων της πόρτας ή ο θόρυβος ενός τρένου που σταματά.

Κατά τη διάρκεια των δοκιμών, αποδείχθηκε ότι η αποτελεσματικότητα της αναγνώρισης διαφορετικών επιφανειών εξαρτάται από το πόσο γρήγορα κινείται το δάχτυλο και πόσο δυνατά πιέζει το πιάτο.

Ο Lipomi και οι συνεργάτες του δημιούργησαν ένα «τεχνητό δάκτυλο με αισθητήρα και μορφοτροπέα πίεσης», το οποίο πέρασε πάνω από διάφορα υλικά. Μετά την επεξεργασία των δεδομένων με ένα μοντέλο υπολογιστή, διαπίστωσαν ότι σε ορισμένους συνδυασμούς ταχύτητας και πίεσης, οι διαφορές μεταξύ των επιφανειών έγιναν εντελώς άπιαστες.

"Τα αποτελέσματά μας δείχνουν μια αξιοσημείωτη ανθρώπινη ικανότητα να βρίσκει γρήγορα τον σωστό συνδυασμό δύναμης και ταχύτητας για να αντιληφθεί τη διαφορά μεταξύ αυτών των επιφανειών", λέει ο Lipomi σε ένα δελτίο τύπου. Είναι ενδιαφέρον ότι ένα "τεχνητό δάχτυλο" με έναν μόνο αισθητήρα μπορεί επίσης να αντιληφθεί αυτή τη διαφορά Καμία σχέση με τις εκατοντάδες νευρικές απολήξεις στο δέρμα μας και τους υποδοχείς στους συνδέσμους, τις αρθρώσεις, τους καρπούς, τον αγκώνα και τον ώμο που επιτρέπουν στους ανθρώπους να αισθάνονται μικρές διαφορές όταν αγγίζονται."

Τα ευρήματα της έρευνας, που δημοσιεύθηκαν στο Materials Horizons, είναι θεμελιώδη για την ανάπτυξη τεχνολογιών όπως το e-skin, οι απτικές προθέσεις και τα χειριστήρια απτικής εικονικής πραγματικότητας.