Hvordan menneskelige fingre fornemmer molekyler

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Har du nogensinde spekuleret på, hvor akut en persons følesans er? Tidligere arbejde har vist, at vores fingre kan registrere bump helt ned til 13 nanometer i højden. Og hver af os med lukkede øjne vil skelne træ fra metal og plast, fordi disse materialer har forskellige teksturer og absorberer varmen fra fingrene på forskellige måder. Men forskere ved University of California, San Diego har fundet ud af, at gennem berøring kan mennesker fornemme forskellen mellem to overflader, der kun adskiller sig i det øverste lag af molekyler.

Holdet, ledet af professor Darren Lipomi, brugte to siliciumwafers, den ene belagt med et oxideret lag domineret af oxygenatomer og den anden dækket med et kulstof-fluorbaseret Teflon-materiale. Begge plader var glatte og så stort set ens ud.

I det første eksperiment blev en gruppe på 15 frivillige bedt om at glide fingeren hen over tre plader og gætte, hvilken der var forskellig fra de to andre. Deltagerne bestod testen 71 % af gangene.

Den anden test viste sig at være sværere. Forskere har påført otte tværgående striber af et oxideret og teflonlag på aflange siliciumwafers. I disse strimler spillede forskellige materialer rollen som "etler" og "nuller" i den binære kode, og et bogstav i det otte-bit ASCII-alfabet blev krypteret på hver plade.

Denne gang var ti af de elleve deltagere i eksperimentet, tilsyneladende ikke langt fra programmering, i stand til at tyde ordet Lab (Laboratorium) ved at glide fingeren langs pladerne. Det tog dem i gennemsnit mindre end fem minutter.

Ifølge forskerne kan folk mærke disse forskelle på grund af de forskellige glidende friktionskræfter, der opstår, når to genstande i hvile begynder at glide i forhold til hinanden. Det er på grund af dette fænomen, at knirken af dørhængsler eller støjen fra et standsende tog genereres.

Under testene viste det sig, at effektiviteten af at genkende forskellige overflader afhænger af, hvor hurtigt fingeren bevæger sig, og hvor hårdt den trykker på pladen.

Lipomi og hans kolleger skabte en "kunstig finger med en sensor og tryktransducer", som blev ført over forskellige materialer. Efter at have behandlet dataene med en computermodel fandt de ud af, at ved nogle kombinationer af hastighed og tryk blev forskellene mellem overflader fuldstændig uhåndgribelige.

"Vores resultater viser en bemærkelsesværdig menneskelig evne til hurtigt at finde den rigtige kombination af kraft og hastighed for at opfatte forskellen mellem disse overflader," siger Lipomi i en pressemeddelelse. Interessant nok kan en 'kunstig finger' med kun én sensor også fornemme denne forskel intet at gøre med de hundredvis af nerveender i vores hud og receptorer i ledbånd, led, håndled, albue og skulder, der gør det muligt for folk at mærke små forskelle, når de røres."

Forskningsresultaterne, offentliggjort i Materials Horizons, er grundlæggende for udviklingen af teknologier som e-skin, taktile proteser og taktile virtual reality-kontroller.