Fingeraftryk: Signalprocessorer til berøring

De kan virke lidt mere end digital dekoration, men biomekanik har længe vidst, at fingeraftryk har mindst én anvendelse: de øger friktionen og forbedrer derved grebet. Der har også været antydninger om, at fingeraftryk spiller en rolle i følelsen af ​​berøring. En mulighed er, at når en finger flyttes hen over en overflade, virker hver kant i et fingeraftryk som en lille håndtag, der forstørrer den underjordiske belastning for nerveenderne nedenunder.

I dag siger Georges Debregeas et amis ved University of Paris 6 og 7, at det kun er en del af historien. Faktisk er den rolle, som fingeraftryk spiller ved berøring, langt vigtigere og mere subtil end nogen havde forestillet sig.

Debregeas et amis siger, at det ser ud som om kammene og hvirvlerne i fingeraftryk filtrerer mekaniske vibrationer på en måde, der bedst tillader nerveender at mærke dem.

Mekanoreceptorerne, der udfører dette arbejde, kaldes Pacinian-legemer. De sidder i enderne af nerver og er ansvarlige for at føle tryk og smerte. Disse enheder kan registrere vibrationer over et bredt hudområde, men er kun følsomme over for et begrænset antal vibrationer. Faktisk har biologer i nogen tid vidst, at Pacinian-legemer er mest følsomme over for vibrationer ved 250Hz.

Så hvordan genererer fingrene denne slags vibrationer? Biologer har altid antaget, at mennesker kan kontrollere frekvensen af ​​vibrationer i huden ved at ændre den hastighed, hvormed en finger bevæger sig hen over en overflade. Men der er få beviser for, at folk rent faktisk gør dette, og Paris-holdets opdagelse burde gøre denne opfattelse forældet.

Debregeas og co har undersøgt dette problem ved hjælp af en cyberfinger, som de byggede i deres laboratorium, komplet med syntetiske fingeraftryk i samme skala som menneskelige og en mikroelektromekanisk sensor, der måler kraft med en rumlig opløsning på millimeter. Det, de har fundet, er forbløffende.

De siger, at fingeraftryk giver genlyd ved visse frekvenser og derfor har en tendens til at filtrere mekaniske vibrationer. Det viser sig, at deres resonansfrekvens er omkring 250 Hz. Hvilket forbløffende tilfælde!

Det betyder, at fingeraftryk fungerer som signalprocessorer, der konditionerer de mekaniske vibrationer, så de pacinske blodlegemer bedst kan fortolke dem. Det er denne optimeringsproces, der giver os mulighed for at fornemme teksturer med en rumlig opløsning, der er langt mindre end afstanden mellem pacinske blodlegemer i huden.

Det burde ikke overraske nogen, der har fulgt udviklingen inden for robotteknologi i de sidste par år. Der er en voksende bevidsthed om, at processorkraften i nervesystemet, inklusive hjernen, simpelthen ikke kan klare mængden af ​​talknakning, der skal gøres for at holde en levende krop på vejen.

I stedet ser det mere og mere klart ud, at hjernen outsourcer meget af dette arbejde til kroppen selv: til led, ledbånd, muskler, hud osv. At forstå, hvordan disse materialer udfører al denne forarbejdning, gør materialevidenskab til en gren af ​​datalogi. Det har endda fået et navn: morfologisk databehandling.

Dette arbejde af Debregeas et amis er endnu et eksempel på morfologisk databehandling, og det ville være interessant at se en behandling af dette problem fra et informationsteoretisk synspunkt.

Dette arbejde med fingeraftryk burde have vigtige implikationer for vores forståelse af berøring. Det skal også hjælpe med udviklingen af ​​bedre proteser og kan endda være med til at give robotter en bedre taktil følelse af deres egen.

Nyttige ting altså, fingeraftryk.

Ref: arxiv.org/abs/0911.4885 : Fingeraftryks rolle i kodningen af ​​taktile informationer undersøgt med en biomimetisk sensor

skjule