كيف تستشعر الأصابع البشرية الجزيئات

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

هل تساءلت يومًا عن مدى حدة حاسة اللمس لدى الشخص؟ أظهر العمل السابق أن أصابعنا يمكنها اكتشاف نتوءات صغيرة يصل ارتفاعها إلى 13 نانومتر. وكل منا بأعين مغلقة سيميز الخشب عن المعدن والبلاستيك ، لأن هذه المواد لها قوام مختلف وتمتص حرارة الأصابع بطرق مختلفة. لكن الباحثين في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو وجدوا أنه من خلال اللمس ، يمكن للبشر أن يشعروا بالفرق بين سطحين يختلفان فقط في الطبقة العليا من الجزيئات.

استخدم الفريق بقيادة البروفيسور دارين ليبومي اثنين من رقائق السيليكون ، إحداهما مغطاة بطبقة مؤكسدة تهيمن عليها ذرات الأكسجين والأخرى مغطاة بمادة تفلون أساسها الكربون والفلور. كلا الطبقين كانا ناعمين وبدا متشابهين إلى حد كبير.

في التجربة الأولى ، طُلب من مجموعة من 15 متطوعًا تمرير إصبعهم عبر ثلاث لوحات وتخمين أيهما مختلف عن اللوحين الآخرين. اجتاز المشاركون الاختبار 71٪ من الوقت.

تبين أن الاختبار الثاني كان أكثر صعوبة. قام العلماء بتطبيق ثمانية خطوط عرضية من طبقة مؤكسدة وطبقة تفلون على رقائق السيليكون الممدودة. في هذه الشرائط ، لعبت المواد المختلفة دور "الآحاد" و "الأصفار" في الشفرة الثنائية ، وتم تشفير حرف من أبجدية ASCII المكونة من ثمانية بتات على كل لوحة.

هذه المرة ، تمكن عشرة من المشاركين الأحد عشر في التجربة ، على ما يبدو ليس بعيدًا عن البرمجة ، من فك شفرة كلمة Lab (مختبر) عن طريق تحريك أصابعهم على طول اللوحات. استغرق الأمر منهم ، في المتوسط ، أقل من خمس دقائق.

وفقًا للباحثين ، يمكن للناس أن يشعروا بهذه الاختلافات بسبب قوى الاحتكاك الانزلاقية المختلفة التي تحدث عندما يبدأ جسمان في حالة السكون في الانزلاق بالنسبة لبعضهما البعض. وبسبب هذه الظاهرة يتولد صرير مفصلات الأبواب أو ضوضاء قطار التوقف.

خلال الاختبارات ، اتضح أن فعالية التعرف على الأسطح المختلفة تعتمد على مدى سرعة تحرك الإصبع ومدى صعوبة الضغط على اللوحة.

ابتكر ليبومي وزملاؤه "إصبعًا اصطناعيًا به مستشعر ومحول ضغط" تم تمريره على مواد مختلفة. بعد معالجة البيانات باستخدام نموذج كمبيوتر ، وجدوا أنه في بعض مجموعات السرعة والضغط ، أصبحت الاختلافات بين الأسطح بعيدة المنال تمامًا.

يقول ليبومي في بيان صحفي: "تُظهر نتائجنا قدرة بشرية رائعة على إيجاد المزيج الصحيح من القوة والسرعة سريعًا لإدراك الفرق بين هذه الأسطح". ومن المثير للاهتمام أن "الإصبع الاصطناعي" الذي يحتوي على مستشعر واحد فقط يمكنه أيضًا الشعور بهذا الاختلاف. لا علاقة له بالمئات من النهايات العصبية في جلدنا ، والمستقبلات في الأربطة والمفاصل والمعصمين والمرفق والكتف التي تسمح للناس بالشعور باختلافات صغيرة عند لمسها ".

تعتبر نتائج البحث ، المنشورة في Materials Horizons ، أساسية لتطوير تقنيات مثل الجلد الإلكتروني والأطراف الاصطناعية التي تعمل باللمس وأدوات التحكم في الواقع الافتراضي عن طريق اللمس.