Hoe menselijke vingers moleculen voelen

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Heb je je ooit afgevraagd hoe scherp iemands tastzin is? Eerder werk heeft aangetoond dat onze vingers hobbels kunnen detecteren die zo klein zijn als 13 nanometer hoog. En ieder van ons zal met onze ogen dicht hout van metaal en plastic onderscheiden, omdat deze materialen verschillende texturen hebben en de warmte van vingers op verschillende manieren absorberen. Maar onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Diego, hebben ontdekt dat mensen door aanraking het verschil kunnen voelen tussen twee oppervlakken die alleen verschillen in de bovenste laag moleculen.

Het team, onder leiding van professor Darren Lipomi, gebruikte twee siliciumwafels, één bedekt met een geoxideerde laag die wordt gedomineerd door zuurstofatomen en de andere bedekt met een op koolstof-fluor gebaseerd Teflon-materiaal. Beide borden waren glad en zagen er vrijwel hetzelfde uit.

In het eerste experiment werd een groep van 15 vrijwilligers gevraagd om met hun vinger over drie platen te schuiven en te raden welke anders was dan de andere twee. De deelnemers slaagden 71% van de tijd voor de test.

De tweede test bleek moeilijker. Wetenschappers hebben acht dwarsstrepen van een geoxideerde en teflonlaag op langwerpige siliciumwafels aangebracht. In deze strips speelden verschillende materialen de rol van "enen" en "nullen" van de binaire code, en op elke plaat was een letter van het acht-bits ASCII-alfabet gecodeerd.

Dit keer konden tien van de elf deelnemers aan het experiment, blijkbaar niet ver van programmeren, het woord Lab (Laboratorium) ontcijferen door met hun vinger over de platen te schuiven. Het kostte hen gemiddeld minder dan vijf minuten.

Volgens de onderzoekers kunnen mensen deze verschillen voelen door de verschillende glijdende wrijvingskrachten die optreden wanneer twee objecten in rust ten opzichte van elkaar beginnen te schuiven. Het is door dit fenomeen dat het kraken van deurscharnieren of het geluid van een stoppende trein wordt gegenereerd.

Tijdens de tests bleek dat de effectiviteit van het herkennen van verschillende oppervlakken afhangt van hoe snel de vinger beweegt en hoe hard deze op de plaat drukt.

Lipomi en zijn collega's creëerden een "kunstmatige vinger met een sensor en druktransducer", die over verschillende materialen werd gehaald. Na het verwerken van de gegevens met een computermodel, ontdekten ze dat bij sommige combinaties van snelheid en druk de verschillen tussen oppervlakken volledig ongrijpbaar werden.

"Onze resultaten laten een opmerkelijk menselijk vermogen zien om snel de juiste combinatie van kracht en snelheid te vinden om het verschil tussen deze oppervlakken waar te nemen", zegt Lipomi in een persbericht. Interessant is dat een 'kunstmatige vinger' met slechts één sensor dit verschil ook kan voelen niets te maken met de honderden zenuwuiteinden in onze huid, en receptoren in de gewrichtsbanden, gewrichten, polsen, elleboog en schouder waardoor mensen kleine verschillen voelen bij aanraking."

De onderzoeksresultaten, gepubliceerd in Materials Horizons, zijn fundamenteel voor de ontwikkeling van technologieën zoals e-skin, tactiele prothesen en tactiele virtual reality-besturingen.