Quali fattori influenzano il modo in cui il tocco umano percepisce la morbidezza, come la sensazione di premere la punta del dito contro un marshmallow, un pezzo di argilla o una palla di gomma? Esplorando in dettaglio questa domanda, un team di ingegneri e psicologi dell'Università della California a San Diego ha scoperto trucchi intelligenti per progettare materiali che replicano diversi livelli di morbidezza percepita.

I risultati forniscono informazioni fondamentali sulla progettazione di materiali tattili e interfacce tattili in grado di ricreare sensazioni tattili realistiche, per applicazioni come pelle elettronica, protesi e robotica medica. I ricercatori dettagliano i loro risultati nel numero del 30 agosto di Progressi scientifici .

"Forniamo una formula per ricreare uno spettro di morbidezza. In tal modo, stiamo aiutando a colmare il divario nella comprensione di ciò che serve per ricreare alcuni aspetti del tatto, " ha detto Charles Dhong, che ha co-diretto lo studio come borsista post-dottorato presso l'UC San Diego ed è ora assistente professore in ingegneria biomedica presso l'Università del Delaware. Dhong ha lavorato con Darren Lipomi, un professore di nanoingegneria alla UC San Diego e l'autore corrispondente dello studio.

Sulla base dei risultati dei loro esperimenti, i ricercatori hanno creato equazioni in grado di calcolare quanto sarà morbido o duro un materiale in base allo spessore del materiale, modulo di Young (una misura della rigidità di un materiale), e micropattern. Le equazioni possono anche fare il contrario e calcolare, Per esempio, quanto spesso o microfantasia deve essere un materiale per sentire un certo livello di morbidezza.

"La cosa interessante di questo è che abbiamo trovato due nuovi modi per regolare la morbidezza percepita di un oggetto:micropatterning e modifica dello spessore, "Dhong ha detto. "Il modulo di Young è ciò a cui gli scienziati si rivolgono tipicamente in termini di ciò che è morbido o duro. è un fattore, ma ora dimostriamo che è solo una parte dell'equazione."

Ricreare morbidezza

I ricercatori hanno iniziato esaminando due parametri che gli ingegneri usano per misurare la morbidezza percepita di un materiale:profondità di indentazione (quanto in profondità un polpastrello preme su un materiale) e area di contatto tra la punta del dito e il materiale. Normalmente, questi parametri cambiano entrambi simultaneamente quando un dito preme su un oggetto. Tocca un pezzo di gomma morbida, Per esempio, e l'area di contatto aumenterà quanto più in profondità si preme il polpastrello.

Dhong, Lipomi e colleghi erano curiosi di vedere come la profondità dell'indentazione e l'area di contatto influenzino in modo indipendente la percezione della morbidezza. Per rispondere a questa domanda, hanno appositamente progettato materiali che hanno disaccoppiato i due parametri e poi li hanno testati su soggetti umani.

I ricercatori hanno creato nove diverse lastre elastomeriche, ciascuno con il proprio rapporto unico tra profondità di indentazione e area di contatto. Le lastre differivano per quantità di micropatterning sulla superficie, spessore e modulo di Young.

Il micropattering è la chiave del design. È costituito da schiere di microscopici pilastri in rilievo punteggiati sulla superficie delle lastre. Questi minuscoli pilastri consentono al polpastrello di premere più a fondo senza modificare l'area di contatto. Questo è simile a premere contro i perni di metallo di un giocattolo Pinscreen, dove serie di pin scorrono dentro e fuori per dare un'impressione 3D.

"Creando queste strutture superficiali microfantasia, produciamo zone di contatto discontinue dove il dito preme che sono molto più piccole dell'ombra che proietterebbe sulla superficie, " ha detto Lipomi.

Il team ha testato le lastre su 15 soggetti e ha incaricato loro di eseguire due compiti. Nel primo compito, hanno presentato ai soggetti più coppie di lastre e hanno chiesto loro di identificare quella più morbida in ciascuna coppia. Nel secondo compito, i ricercatori hanno chiesto ai soggetti di classificare le nove lastre dalla più morbida alla più dura.

Globale, le lastre che i soggetti percepivano come più morbide erano più spesse, aveva poco o nessun micropatterning sulla superficie, e aveva un modulo di Young basso. Nel frattempo le lastre che sembravano più dure erano più sottili, aveva più micropatterning e un alto modulo di Young.

Morbidezza:un ingrediente base del tatto

Gli esperimenti hanno anche portato i ricercatori a una conclusione interessante:la percezione della morbidezza è una sensazione di base, non una combinazione di altre sensazioni.

"Questo significa che la morbidezza è un ingrediente primario del senso del tatto umano. È come il modo in cui abbiamo RGB per i display a colori, " disse Lipomi. "Se riusciamo a trovare gli altri pixel del tocco, ' possiamo combinarli per creare qualsiasi immagine tattile che vogliamo? Queste sono le cose fondamentali che vorremmo sapere andando avanti".

Il documento è intitolato:"Ruolo della profondità dell'indentazione e dell'area di contatto sulla percezione umana della morbidezza per le interfacce tattili".