Как человеческие пальцы чувствуют молекулы

Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, насколько остро чувство осязания у человека? Предыдущие работы показали, что наши пальцы могут заметить неровность высотой всего 13 нанометров. И каждый из нас с закрытыми глазами отличит дерево от металла и пластика, потому что эти материалы имеют разную текстуру и по-разному поглощают тепло пальцев. Но исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего выяснили, что с помощью осязания люди могут почувствовать разницу между двумя поверхностями, которые отличаются лишь верхним слоем молекул.

Команда под руководством профессора Даррена Липоми (]]>Darren Lipomi]]>) использовала две кремниевые пластины, одна из которых была покрыта окисленным слоем с преобладанием атомов кислорода, а поверхность другой представляла собой тефлоновый материал на основе углерода и фтора. Обе пластины были гладкими и выглядели практически одинаково.

В первом эксперименте группе из 15 добровольцев предложили провести пальцем по трём пластинам и угадать, какая из них отличается от двух других. Участники справились с испытанием в 71% случаев.

Второй тест оказался более сложным. Учёные нанесли на вытянутые кремниевые пластинки восемь поперечных полос из окисленного и тефлонового слоя. В этих полосах разные материалы играли роль "единиц" и "нолей" бинарного кода, и на каждой пластине была зашифрована буква ]]>восьмибитного алфавита ASCII]]>.

На этот раз десять из одиннадцати участников эксперимента, очевидно не далёких от программирования, смогли расшифровать слово Lab (Лаборатория), проводя пальцем вдоль пластин. Для этого им в среднем понадобилось менее пяти минут. 

По мнению исследователей, люди могут почувствовать эти различия из-за разной силы трения скольжения, которая возникает, когда два предмета в состоянии покоя начинают скользить друг относительно друга. Именно благодаря этому явлению генерируется скрип дверных петель или шум останавливающегося поезда.

В ходе проведения испытаний выяснилось, что эффективность распознавания разных поверхностей зависит от того, насколько быстро двигается палец и как сильно он давит на пластину.

Липоми и его коллеги создали ]]>"искусственный палец с сенсором и датчиком давления"]]>, которым проводили по разным материалам. Обработав данные с помощью компьютерной модели, они обнаружили, что при некоторых комбинациях скорости и давления различия между поверхностями становятся совершенно неуловимыми.

"Наши результаты показывают замечательную человеческую способность быстро находить правильную комбинацию силы и скорости для восприятия разницы между этими поверхностями,  — говорит Липоми ]]>в пресс-релизе]]>. Интересно также, что "искусственный палец" всего с одним датчиком тоже может почувствовать эту разницу. Это не имеет ничего общего с сотнями нервных окончаний в нашей коже, а также рецепторами в связках, суставах, запястьях, локте и плече, которые позволяют людям ощущать небольшие различия при прикосновении".

Результаты исследования, ]]>опубликованные]]> в журнале Materials Horizons, имеют фундаментальное значение для развития таких технологий, как электронная кожа, протезы с функцией осязания и тактильное управление виртуальной реальностью.

 
Развернуть комментарии
 

Загрузка...