چگونه انگشتان انسان مولکول ها را حس می کنند

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

آیا تا به حال به این فکر کرده اید که حس لامسه یک فرد چقدر حاد است؟ تحقیقات قبلی نشان داده است که انگشتان ما می توانند برجستگی هایی به ارتفاع 13 نانومتر را تشخیص دهند. و هر یک از ما با چشمان بسته چوب را از فلز و پلاستیک تشخیص می دهیم، زیرا این مواد بافت های متفاوتی دارند و گرمای انگشتان را به روش های مختلف جذب می کنند. اما محققان دانشگاه کالیفرنیا در سن دیگو دریافته‌اند که انسان از طریق لمس می‌تواند تفاوت بین دو سطح را که فقط در لایه بالایی مولکول‌ها متفاوت هستند، حس کنند.

این تیم به سرپرستی پروفسور دارن لیپومی از دو ویفر سیلیکونی استفاده کردند که یکی با لایه ای اکسید شده که توسط اتم های اکسیژن پوشش داده شده بود و دیگری با یک ماده تفلون بر پایه کربن فلوئور پوشانده شده بود. هر دو بشقاب صاف بودند و تقریباً یکسان به نظر می رسیدند.

در آزمایش اول، از یک گروه 15 داوطلب خواسته شد تا انگشت خود را روی سه بشقاب بکشند و حدس بزنند که کدام یک با دو بشقاب دیگر متفاوت است. شرکت کنندگان در آزمون 71 درصد از مواقع موفق شدند.

امتحان دوم سخت تر بود. دانشمندان هشت نوار عرضی از یک لایه اکسید شده و تفلون را روی ویفرهای سیلیکونی دراز اعمال کرده اند. در این نوارها، مواد مختلف نقش «یک» و «صفر» کد دودویی را بازی می کردند و روی هر صفحه یک حرف از الفبای هشت بیتی اسکی رمزگذاری شده بود.

این بار، ده نفر از یازده شرکت کننده در آزمایش، ظاهراً نه چندان دور از برنامه نویسی، توانستند کلمه Lab (آزمایشگاه) را با کشیدن انگشت خود در امتداد بشقاب ها رمزگشایی کنند. به طور متوسط کمتر از پنج دقیقه طول کشید.

به گفته محققان، افراد می توانند این تفاوت ها را به دلیل نیروهای اصطکاکی لغزشی متفاوتی که زمانی رخ می دهد که دو جسم در حال سکون شروع به سر خوردن نسبت به یکدیگر می کنند، احساس کنند. به دلیل این پدیده است که صدای تق تق در و یا صدای قطار در حال توقف ایجاد می شود.

در طی آزمایشات مشخص شد که اثربخشی تشخیص سطوح مختلف به سرعت حرکت انگشت و میزان فشار آن بر روی صفحه بستگی دارد.

لیپومی و همکارانش یک «انگشت مصنوعی با سنسور و مبدل فشار» ایجاد کردند که از روی مواد مختلف عبور داده شد. پس از پردازش داده ها با یک مدل کامپیوتری، آنها دریافتند که در برخی از ترکیبات سرعت و فشار، تفاوت بین سطوح کاملاً مبهم می شود.

لیپومی در یک بیانیه مطبوعاتی می گوید: «نتایج ما توانایی انسان قابل توجهی را برای یافتن سریع ترکیب مناسب نیرو و سرعت برای درک تفاوت بین این سطوح نشان می دهد.» جالب اینجاست که یک «انگشت مصنوعی» تنها با یک حسگر نیز می تواند این تفاوت را حس کند. هیچ ربطی به صدها پایانه عصبی در پوست ما، و گیرنده‌هایی در رباط‌ها، مفاصل، مچ دست، آرنج و شانه‌ها ندارد که به افراد اجازه می‌دهد هنگام لمس تفاوت‌های کوچکی را احساس کنند.»

یافته‌های تحقیقاتی که در Materials Horizons منتشر شده‌اند، برای توسعه فناوری‌هایی مانند پوست الکترونیکی، پروتزهای لمسی و کنترل‌های واقعیت مجازی لمسی اساسی هستند.