Cách ngón tay con người cảm nhận các phân tử

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Bạn đã bao giờ tự hỏi xúc giác của một người nhạy bén như thế nào chưa? Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng các ngón tay của chúng ta có thể phát hiện ra những vết sưng nhỏ có chiều cao 13 nanomet. Và mỗi chúng ta nhắm mắt sẽ phân biệt gỗ với kim loại và nhựa, bởi vì những vật liệu này có kết cấu khác nhau và hấp thụ nhiệt của ngón tay theo những cách khác nhau. Nhưng các nhà nghiên cứu tại Đại học California, San Diego đã phát hiện ra rằng thông qua xúc giác, con người có thể cảm nhận được sự khác biệt giữa hai bề mặt chỉ khác nhau ở lớp phân tử trên cùng.

Nhóm nghiên cứu, do Giáo sư Darren Lipomi dẫn đầu, đã sử dụng hai tấm silicon, một tấm được phủ một lớp ôxy hóa do các nguyên tử ôxy chiếm ưu thế và tấm kia được phủ bằng vật liệu Teflon dựa trên carbon-flo. Cả hai tấm đều nhẵn và trông khá giống nhau.

Trong thí nghiệm đầu tiên, một nhóm gồm 15 tình nguyện viên được yêu cầu trượt ngón tay của họ qua ba cái đĩa và đoán xem cái nào khác với hai cái còn lại. Những người tham gia đã vượt qua bài kiểm tra 71% thời gian.

Bài kiểm tra thứ hai hóa ra khó hơn. Các nhà khoa học đã áp dụng tám sọc ngang của một lớp Teflon bị oxy hóa và Teflon cho các tấm silicon kéo dài. Trong các dải này, các vật liệu khác nhau đóng vai trò là "cái" và "số không" của mã nhị phân, và một chữ cái của bảng chữ cái ASCII tám bit được mã hóa trên mỗi tấm.

Lần này, mười trong số mười một người tham gia thử nghiệm, dường như không xa với việc lập trình, đã có thể giải mã từ Lab (Phòng thí nghiệm) bằng cách trượt ngón tay của họ dọc theo các tấm. Họ mất trung bình chưa đầy năm phút.

Theo các nhà nghiên cứu, mọi người có thể cảm nhận được những khác biệt này do các lực ma sát trượt khác nhau xảy ra khi hai vật thể ở trạng thái nghỉ bắt đầu trượt so với nhau. Do hiện tượng này tạo ra tiếng kêu cót két của bản lề cửa hoặc tiếng ồn khi tàu dừng.

Trong các cuộc thử nghiệm, hóa ra hiệu quả của việc nhận dạng các bề mặt khác nhau phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của ngón tay và mức độ ấn mạnh của ngón tay lên đĩa.

Lipomi và các đồng nghiệp của ông đã tạo ra một "ngón tay nhân tạo với bộ cảm biến và đầu dò áp suất", được chuyển qua nhiều vật liệu khác nhau. Sau khi xử lý dữ liệu bằng mô hình máy tính, họ nhận thấy rằng ở một số sự kết hợp giữa tốc độ và áp suất, sự khác biệt giữa các bề mặt trở nên hoàn toàn khó nắm bắt.

Lipomi cho biết trong một thông cáo báo chí: “Kết quả của chúng tôi cho thấy khả năng đáng chú ý của con người trong việc nhanh chóng tìm ra sự kết hợp phù hợp giữa lực và tốc độ để cảm nhận sự khác biệt giữa các bề mặt này.. Không liên quan gì đến hàng trăm đầu dây thần kinh trên da của chúng ta và các thụ thể ở dây chằng, khớp, cổ tay, khuỷu tay và vai cho phép mọi người cảm thấy những khác biệt nhỏ khi chạm vào."

Các phát hiện nghiên cứu, được công bố trên Materials Horizons, là nền tảng cho sự phát triển của các công nghệ như da điện tử, bộ phận giả bằng xúc giác và điều khiển thực tế ảo xúc giác.