Группа исследователей из Швеции и США продемонстрировала способность
человеческого пальца различать текстуры, различие в высоте рельефа
которых составляет около 10 нанометров. Это существенно меньше типичного
масштаба, который считали пределом чувствительности пальцев.
Подробности приводятся в статье ученых для журнала Scientific Reports.
Для работы пластиковые (из полидиметилсилоксана)
листы сначала растягивали, потом подвергали действию ультрафиолета или
плазменной обработке, а затем отпускали: в итоге поверхность пластика
приобретала характерный рисунок в виде параллельных морщинистых полос.
Варьируя натяжение листа, исследователи смогли получить серию образцов с
разными параметрами, на основе которых потом изготовили ряд копий из
других материалов. Именно их и предлагали потрогать добровольцам:
использование нескольких разных материалов позволило учесть не только
текстуру, но и коэффициент трения пальцев о поверхность
Эксперимент проводился вслепую: участники с завязанными глазами
получали сразу по два образца, которые требовалось ощупать и сравнить
друг с другом. При этом разрешалось оценивать схожесть не по бинарной
шкале (одинаковы или различны), а в условных процентах от нуля
(одинаковые материалы) до ста (абсолютно разные поверхности). Анализ
результатов показал, что пальцы человека отличают плоские поверхности от
тех, на которые нанесен рельеф высотой всего в десять нанометров
высотой.
В статье исследователей подчеркивается, что речь идет о регулярных
выступах, формирующих волны высотой 10 нанометров и длиной от одного до
нескольких десятков микрометров. Одиночный выступ поверхности в десять
нанометров палец, по всей видимости, различить все же не может, однако
при проведении по волнистой текстуре нанометровые особенности рельефа
начинают вносить существенный вклад в формирование тактильных ощущений.
Текстура поверхности воспринимается рецепторами двух типов.
Механорецепторы оценивают давление и они сравнительно медленно
адаптируются к воздействию (и обладают плохим временным разрешением), а
тельца Пачини реагируют на возникающую в коже вибрацию с частотой около
нескольких сотен герц. Прошлые исследования показали,
что тельца Пачини работают в комплексе с выростами кожи, которые
формируют отпечатки пальцев. Регулярные выступы играю роль частотного
фильтра и позволяют намного точнее определять рельеф ощупываемых
предметов.
