Hvordan menneskelige fingre føler molekyler

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Har du noen gang lurt på hvor akutt en persons følesans er? Tidligere arbeid har vist at fingrene våre kan oppdage støt så små som 13 nanometer i høyden. Og hver av oss med lukkede øyne vil skille tre fra metall og plast, fordi disse materialene har forskjellige teksturer og absorberer varmen fra fingrene på forskjellige måter. Men forskere ved University of California, San Diego har funnet ut at gjennom berøring kan mennesker fornemme forskjellen mellom to overflater som bare er forskjellige i det øverste laget av molekyler.

Teamet, ledet av professor Darren Lipomi, brukte to silisiumskiver, en belagt med et oksidert lag dominert av oksygenatomer og den andre dekket med et karbonfluorbasert teflonmateriale. Begge platene var glatte og så ganske like ut.

I det første eksperimentet ble en gruppe på 15 frivillige bedt om å skyve fingeren over tre plater og gjette hvilken som var forskjellig fra de to andre. Deltakerne besto testen 71 % av gangene.

Den andre testen viste seg å være vanskeligere. Forskere har påført åtte tverrgående striper av et oksidert og teflonlag på langstrakte silisiumskiver. I disse stripene spilte forskjellige materialer rollen som "enere" og "nuller" i den binære koden, og en bokstav i det åtte-biters ASCII-alfabetet ble kryptert på hver plate.

Denne gangen klarte ti av de elleve deltakerne i eksperimentet, tilsynelatende ikke langt unna programmering, å tyde ordet Lab (Laboratory) ved å skyve fingeren langs platene. Det tok dem i gjennomsnitt mindre enn fem minutter.

Ifølge forskerne kan folk føle disse forskjellene på grunn av de forskjellige glidende friksjonskreftene som oppstår når to gjenstander i ro begynner å gli i forhold til hverandre. Det er på grunn av dette fenomenet at knirking av dørhengsler eller støy fra et stoppende tog genereres.

Under testene viste det seg at effektiviteten av å gjenkjenne ulike overflater avhenger av hvor raskt fingeren beveger seg og hvor hardt den trykker på platen.

Lipomi og kollegene hans skapte en "kunstig finger med en sensor og trykktransduser", som ble sendt over forskjellige materialer. Etter å ha behandlet dataene med en datamodell, fant de ut at ved noen kombinasjoner av hastighet og trykk ble forskjellene mellom overflatene helt unnvikende.

"Våre resultater viser en bemerkelsesverdig menneskelig evne til raskt å finne den rette kombinasjonen av kraft og hastighet for å oppfatte forskjellen mellom disse overflatene," sier Lipomi i en pressemelding. Interessant nok kan en "kunstig finger" med bare én sensor også føle denne forskjellen … ingenting å gjøre med de hundrevis av nerveender i huden vår, og reseptorer i leddbånd, ledd, håndledd, albue og skulder som lar folk føle små forskjeller når de berøres."

Forskningsfunnene, publisert i Materials Horizons, er grunnleggende for utviklingen av teknologier som e-skin, taktile proteser og taktile virtual reality-kontroller.