Stimulering af følesansen med kemi

Vores øjne kan være vinduer på verden, men vores fingerspidser sætter os i kontakt med den. For at genskabe denne taktile sans er den nuværende teknologi afhængig af bittesmå motorer og elektricitet. De bump og buzz, de genererer, er dog ikke så gode til at efterligne den ægte vare. I dag rapporterer videnskabsmænd beviser for, at vores hud kan opfatte subtile forskelle i kemi - resultater, som de håber kunne danne grundlag for en ny måde at kontrollere berøring på og bedre integrere det i applikationer, såsom virtual reality.

Forskerne vil præsentere deres resultater på forårsmødet i American Chemical Society (ACS).

"Når du rører ved et objekt, mærker du dets overflade, og du kan ændre, hvordan det føles ved at ændre friktionen mellem overfladen og din finger. Det er her, kemien kommer ind," siger Charles Dhong, Ph.D. projektets hovedefterforsker. "Vi tror, ​​at materialekemi kan åbne døren til at genskabe mere nuancerede fornemmelser, uanset om du designer en overflade, så den føles på en bestemt måde, eller skaber feedback-enheder til virtual reality."

Af de fem sanser har teknologien taget nogle lettere til sig end andre. Computerskærme, smartphone-skærme og virtual reality-headset tilbyder detaljerede, endda fordybende, billeder. Lydenheder genskaber også stemmer, musik og anden lyd i high fidelity. Fremskridt inden for berøringsteknologi er imidlertid haltet bagud, til dels fordi det involverer flere typer fornemmelser, såsom temperatur og smerte. Derudover har nogle bestræbelser på at genskabe berøring inkluderet systemer designet til at simulere en følelse af at bevæge ens krop - en kompleks fornemmelse.

Dhongs forskning ved University of Delaware fokuserer på en bestemt type berøring:Brug af fingrene til at opdage tekstur. Nogle metoder til at fremkalde denne form for fin touch er allerede tilgængelige. En vibrator i en smartphone gør det muligt for den at tiltrække din opmærksomhed uden at ringe. I en genopfriskende brailleskærm til personer med nedsat syn eller blindhed, flytter en aktuator stifter op for at skabe bump. Denne type berøring afhænger af en fysisk kraft, friktion, som er den modstand, som huden møder, når den børster mod en genstand. Mens attributter såsom konturerne af en overflade påvirker friktion, gør kemi det også. Strukturen af ​​molekylerne i et stof og egenskaberne af dets overflade påvirker også fornemmelsen. Dhong og hans kolleger havde mistanke om, at de ved kun at ændre kemi-relaterede funktioner kunne ændre, hvordan en overflade føles.

I tidligere arbejde bad Dhongs team folk om at røre ved enkeltmolekyletykke lag af silan, en siliciumholdig forbindelse. Ingen af ​​silanoverfladerne havde påviselige forskelle i glathed. Alligevel kunne de, der rørte ved overfladerne, differentiere dem baseret på kemiske forskelle, herunder substitution af et atom i hvert silanmolekyle med et andet på grund af subtile ændringer i friktion. "Nyligere forskning har vist, at folk kan opdage de fysiske forskelle mellem overflader ved en opløsning så lav som 13 nanometer," siger Dhong. "Nu siger vi, at følesansen også kan identificere kemiske ændringer så små som at bytte et nitrogenatom med et kulstofatom."

På mødet vil Dhong præsentere nyligt arbejde med fokus på polymerer, go-to-molekylerne til syntetiske materialer. Polymerer udmærker sig ikke kun ved deres kemiske formler, men også ved en egenskab kendt som krystallinitet, som beskriver, hvor pænt de kædelignende molekyler er organiseret. Polymererne i disse forsøg havde identiske formler og molekylvægte; kun graden af ​​krystallinitet var forskellig.

I deres eksperimenter fokuserede forskerne på den opfattede tekstur af tynde lag af polymerer. Som med silanerne bad de forsøgspersonerne om at glide deres fingre hen over polymeren. Også denne gang fandt de ud af, at folk kun kunne skelne mellem polymererne baseret på variationer i friktionen som følge af subtile ændringer i molekylernes krystallinitet.

"En ny tilgang til at kontrollere fin touch og opfattelsen af ​​tekstur kan have mange anvendelser," siger Dhong. "Det kunne for eksempel gøre det muligt at designe nye typer overflader eller bedre at integrere denne sans i virtual reality-miljøer. Andre applikationer kunne omfatte forbedring af enheder, såsom genopfriskende brailleskærme, samt at give feedback til kirurger, der udfører operationer. eksternt," siger Dhong. + Udforsk yderligere

Temperaturvariation kan hjælpe ny touchscreen-teknologi med at simulere virtuelle former