איך אצבעות אדם חשות מולקולות

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

האם אי פעם תהיתם עד כמה חריף חוש המישוש של אדם? עבודות קודמות הראו שהאצבעות שלנו יכולות לזהות בליטות בגובה של עד 13 ננומטר. וכל אחד מאיתנו בעיניים עצומות יבחין בין עץ ממתכת ופלסטיק, כי החומרים הללו בעלי טקסטורות שונות וסופגים את חום האצבעות בדרכים שונות. אבל חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו מצאו שבאמצעות מגע, בני אדם יכולים לחוש בהבדל בין שני משטחים הנבדלים רק בשכבה העליונה של מולקולות.

הצוות, בראשותו של פרופסור דארן ליפומי, השתמש בשני פרוסות סיליקון, האחת מצופה בשכבה מחומצנת הנשלטת על ידי אטומי חמצן והשנייה מכוסה בחומר טפלון מבוסס פחמן-פלואור. שתי הצלחות היו חלקות ונראו כמעט אותו הדבר.

בניסוי הראשון, קבוצה של 15 מתנדבים התבקשו להחליק את האצבע על פני שלוש צלחות ולנחש איזו מהן שונה מהשתיים האחרות. המשתתפים עברו את המבחן ב-71% מהמקרים.

המבחן השני התברר כקשה יותר. מדענים יישמו שמונה פסים רוחביים של שכבת חמצון וטפלון על פרוסות סיליקון מוארכות. ברצועות אלה, חומרים שונים מילאו את התפקיד של "אחדים" ו"אפסים" של הקוד הבינארי, ואות של האלפבית ASCII שמונה סיביות הוצפנה בכל לוח.

הפעם, עשרה מתוך אחד עשר המשתתפים בניסוי, ככל הנראה לא רחוק מתכנות, הצליחו לפענח את המילה Lab (מעבדה) על ידי החלקת האצבע לאורך הצלחות. זה לקח להם, בממוצע, פחות מחמש דקות.

לטענת החוקרים, אנשים יכולים להרגיש את ההבדלים הללו בשל כוחות החיכוך המחליקים השונים המתרחשים כאשר שני עצמים במנוחה מתחילים להחליק זה ביחס לזה. בגלל תופעה זו נוצרת חריקת צירי דלת או רעש של רכבת עוצרת.

במהלך הבדיקות התברר שהיעילות של זיהוי משטחים שונים תלויה במהירות האצבע נעה וכמה חזק היא לוחצת על הצלחת.

ליפומי ועמיתיו יצרו "אצבע מלאכותית עם חיישן ומתמר לחץ", שהועברה על פני חומרים שונים. לאחר עיבוד הנתונים עם מודל ממוחשב, הם גילו שבשילובים מסוימים של מהירות ולחץ, ההבדלים בין משטחים הפכו חמקמקים לחלוטין.

"התוצאות שלנו מראות יכולת אנושית יוצאת דופן למצוא במהירות את השילוב הנכון של כוח ומהירות כדי לתפוס את ההבדל בין המשטחים הללו", אומר ליפומי בהודעה לעיתונות. מעניין, "אצבע מלאכותית" עם חיישן אחד בלבד יכולה גם לחוש את ההבדל הזה אין קשר למאות קצות העצבים בעור שלנו, ולקולטנים ברצועות, במפרקים, בפרקי הידיים, במרפק ובכתף שמאפשרים לאנשים להרגיש הבדלים קטנים כשנוגעים בהם."

ממצאי המחקר, שפורסמו ב- Materials Horizons, הינם בסיסיים לפיתוח טכנולוגיות כגון e-skin, תותבות מישוש ובקרות מציאות מדומה למישוש.