Video: Wie menschliche Finger Moleküle wahrnehmen
2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01
Haben Sie sich jemals gefragt, wie scharf der Tastsinn einer Person ist? Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass unsere Finger Unebenheiten bis zu einer Höhe von 13 Nanometern erkennen können. Und jeder von uns wird mit geschlossenen Augen Holz von Metall und Kunststoff unterscheiden, denn diese Materialien haben unterschiedliche Texturen und nehmen die Hitze der Finger auf unterschiedliche Weise auf. Forscher der University of California in San Diego haben jedoch herausgefunden, dass der Mensch durch Berührung den Unterschied zwischen zwei Oberflächen wahrnehmen kann, die sich nur in der obersten Molekülschicht unterscheiden.
Das Team unter der Leitung von Professor Darren Lipomi verwendete zwei Siliziumwafer, von denen einer mit einer von Sauerstoffatomen dominierten oxidierten Schicht und der andere mit einem Teflonmaterial auf Kohlenstoff-Fluor-Basis beschichtet war. Beide Teller waren glatt und sahen ziemlich gleich aus.
Im ersten Experiment wurde eine Gruppe von 15 Freiwilligen gebeten, ihren Finger über drei Teller zu streichen und zu erraten, welcher sich von den anderen beiden unterschied. Die Teilnehmer haben den Test in 71 % der Fälle bestanden.
Der zweite Test erwies sich als schwieriger. Wissenschaftler haben acht Querstreifen einer oxidierten und Teflonschicht auf längliche Siliziumwafer aufgebracht. In diesen Streifen spielten verschiedene Materialien die Rolle von "Einsen" und "Nullen" des Binärcodes, und auf jeder Platte war ein Buchstabe des 8-Bit-ASCII-Alphabets verschlüsselt.
Diesmal konnten zehn der elf Versuchsteilnehmer, offenbar nicht weit von der Programmierung entfernt, das Wort Lab (Laboratorium) entziffern, indem sie mit dem Finger über die Platten gleiten. Sie brauchten im Durchschnitt weniger als fünf Minuten.
Diese Unterschiede sind den Forschern zufolge an den unterschiedlichen Gleitreibungskräften zu spüren, die auftreten, wenn zwei ruhende Objekte relativ zueinander zu gleiten beginnen. Durch dieses Phänomen wird das Knarren von Türscharnieren oder das Geräusch eines haltenden Zuges erzeugt.
Bei den Tests stellte sich heraus, dass die Effektivität der Erkennung unterschiedlicher Oberflächen davon abhängt, wie schnell sich der Finger bewegt und wie stark er auf die Platte drückt.
Lipomi und seine Kollegen schufen einen "künstlichen Finger mit Sensor und Druckwandler", der über verschiedene Materialien geführt wurde. Nach der Verarbeitung der Daten mit einem Computermodell stellten sie fest, dass bei einigen Kombinationen von Geschwindigkeit und Druck die Unterschiede zwischen den Oberflächen völlig unübersehbar wurden.
„Unsere Ergebnisse zeigen eine bemerkenswerte menschliche Fähigkeit, schnell die richtige Kombination aus Kraft und Geschwindigkeit zu finden, um den Unterschied zwischen diesen Oberflächen wahrzunehmen“, sagt Lipomi in einer Pressemitteilung. Interessanterweise kann ein ‚künstlicher Finger‘mit nur einem Sensor diesen Unterschied auch wahrnehmen. nichts zu tun mit den Hunderten von Nervenenden in unserer Haut und Rezeptoren in den Bändern, Gelenken, Handgelenken, Ellbogen und Schulter, die es den Menschen ermöglichen, bei Berührung kleine Unterschiede zu spüren.“
Die in Materials Horizons veröffentlichten Forschungsergebnisse sind grundlegend für die Entwicklung von Technologien wie E-Skin, taktilen Prothesen und taktilen Virtual-Reality-Steuerungen.
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