Человеческий палец различил неровности в 10 нанометров высотой

Фото: Martin Bureau / AFP

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 статьей 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.