นิ้วของมนุษย์สัมผัสโมเลกุลได้อย่างไร

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าการสัมผัสของบุคคลนั้นรุนแรงเพียงใด? ผลงานก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่านิ้วของเราสามารถตรวจจับการกระแทกที่มีขนาดเล็กถึง 13 นาโนเมตรได้ และเราแต่ละคนที่หลับตาจะแยกแยะไม้จากโลหะและพลาสติกเพราะวัสดุเหล่านี้มีพื้นผิวต่างกันและดูดซับความร้อนของนิ้วมือได้หลายวิธี แต่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก พบว่าผ่านการสัมผัส มนุษย์สามารถสัมผัสถึงความแตกต่างระหว่างสองพื้นผิวที่แตกต่างกันเฉพาะในชั้นบนสุดของโมเลกุลเท่านั้น

ทีมงานที่นำโดยศาสตราจารย์ Darren Lipomi ใช้แผ่นเวเฟอร์ซิลิกอน 2 แผ่น แผ่นแรกเคลือบด้วยชั้นออกซิไดซ์ที่มีอะตอมออกซิเจนเป็นส่วนประกอบ และอีกแผ่นเคลือบด้วยวัสดุเทฟลอนที่มีคาร์บอนฟลูออรีนเป็นองค์ประกอบ แผ่นทั้งสองเรียบและดูค่อนข้างเหมือนกัน

ในการทดลองแรก กลุ่มอาสาสมัคร 15 คนถูกขอให้เลื่อนนิ้วบนจานสามแผ่นและเดาว่าอันไหนแตกต่างจากอีกสองจาน ผู้เข้าร่วมผ่านการทดสอบ 71% ของเวลาทั้งหมด

การทดสอบครั้งที่สองกลายเป็นเรื่องยากขึ้น นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้แถบขวางแปดแถบของชั้นออกซิไดซ์และเทฟลอนกับเวเฟอร์ซิลิกอนที่ยืดออก ในแถบเหล่านี้ วัสดุที่แตกต่างกันเล่นบทบาทของ "หนึ่ง" และ "ศูนย์" ของรหัสไบนารี และตัวอักษรของตัวอักษร ASCII แปดบิตได้รับการเข้ารหัสในแต่ละจาน

คราวนี้ ผู้เข้าร่วมการทดลองสิบเอ็ดคนซึ่งอยู่ไม่ไกลจากการเขียนโปรแกรม สามารถถอดรหัสคำว่า Lab (ห้องปฏิบัติการ) ได้ด้วยการเลื่อนนิ้วไปตามจาน โดยเฉลี่ยแล้วพวกเขาใช้เวลาไม่ถึงห้านาที

นักวิจัยกล่าวว่าผู้คนสามารถสัมผัสถึงความแตกต่างเหล่านี้ได้เนื่องจากแรงเสียดทานจากการเลื่อนที่แตกต่างกันซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวัตถุสองชิ้นที่อยู่นิ่งเริ่มเลื่อนสัมพันธ์กัน เนื่องจากปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดเสียงดังเอี๊ยดของบานพับประตูหรือเสียงรถไฟหยุด

ในระหว่างการทดสอบ ปรากฏว่าประสิทธิภาพของการจดจำพื้นผิวต่างๆ ขึ้นอยู่กับความเร็วของนิ้วที่ขยับและแรงกดบนจาน

Lipomi และเพื่อนร่วมงานของเขาได้สร้าง "นิ้วเทียมที่มีเซ็นเซอร์และตัวแปลงสัญญาณแรงดัน" ซึ่งถูกส่งผ่านไปยังวัสดุต่างๆ หลังจากประมวลผลข้อมูลด้วยแบบจำลองคอมพิวเตอร์แล้ว พวกเขาพบว่าที่ความเร็วและแรงกดร่วมกัน ความแตกต่างระหว่างพื้นผิวต่างๆ กลายเป็นสิ่งที่เข้าใจยากโดยสิ้นเชิง

"ผลลัพธ์ของเราแสดงให้เห็นถึงความสามารถที่โดดเด่นของมนุษย์ในการค้นหาส่วนผสมของแรงและความเร็วที่เหมาะสมเพื่อรับรู้ความแตกต่างระหว่างพื้นผิวเหล่านี้อย่างรวดเร็ว" Lipomi กล่าวในการแถลงข่าว ที่น่าสนใจ 'นิ้วเทียม' ที่มีเซ็นเซอร์เพียงตัวเดียวก็สามารถรับรู้ถึงความแตกต่างนี้ได้ ไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับปลายประสาทหลายร้อยจุดในผิวหนังของเราและตัวรับในเอ็น, ข้อต่อ, ข้อมือ, ข้อศอกและไหล่ที่ทำให้ผู้คนรู้สึกแตกต่างเล็กน้อยเมื่อสัมผัส"

ผลการวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Materials Horizons เป็นพื้นฐานของการพัฒนาเทคโนโลยี เช่น อี-สกิน อวัยวะเทียมที่สัมผัสได้ และการควบคุมเสมือนจริงแบบสัมผัส