加州大学圣地亚哥分校的研究人员设计了一组材料来模拟不同的柔软度。
是什么因素影响了人类的触感，让你分辨出指尖触碰的是棉花糖、粘土还是橡胶球？ucsdnews.ucsd.edu网站报道，美国加州大学圣地亚哥分校（下文简称UCSD）的工程师和心理学家们通过巧妙的设计，制造了一系列具有不同柔软度的材料。这一成果有望为触觉材料和触觉界面的设计提供基本见解，进而为电子皮肤、假肢和医疗机器人等应用重现真实触觉。相关成果刊登于《科学进展》杂志。原UCSD博士后研究员、现特拉华大学材料科学与生物医学工程助理教授Charles Dhong说：“我们为重构‘柔和光谱’提供了公式。这个发现可以帮助解决模拟触觉的问题。”Dhong与UCSD纳米工程学教授Darren Lipomi等合作完成了这项研究。
根据实验结果，Dhong等建立了涉及材料厚度、杨氏模量和微图案区域等参数的计算材料柔软度的方程式。该方程也可以用于逆向运算，以确定材料需要多厚或者多细致的图案才能达到一定的柔软度。Dhong说：“有趣的是，我们发现了两种可以调节物体柔软度的参数——微图案和厚度。杨氏模量通常作为科学家研究软/硬模量的标准。现在我们证明，它也是方程式的一部分。”
研究人员首先考察了工程师测量材料感知柔软度的两个参数：压痕审读（指尖压入材料的深度）和指尖与材料的接触面积。一般情况下，压痕深度越深，接触面积越大。Dhong等在实验中产生了疑问：压痕深度和接触面积是如何独立影响柔软度感知的呢？为了解答这个问题，他们专门设计了一种材料，将两个参数进行了解耦，并进行了测试。他们制造了9种不同的弹性板，每种弹性板的压痕深度与接触面积之比都不相同。各板材表面微图案的数量、材料厚度和杨氏模量也不同。
研究人员发现，微图案是影响触感的关键。板材表面的微图案由排列在板表面的微柱构成，它们可以使指尖在不改变接触面积的情况下按压得更深。Lipomi说：“通过构造微图案，我们制造了非连续的接触区域。”研究人员对15名受试者进行了测试，要求他们完成两项任务。在第一项任务中，研究人员向受试者展示了多对弹性板，要求他们找出每对弹性板中较柔软的那一块。在第二项任务中，研究人员要求受试者将9块弹性板由软至硬排序。总体来说，受试者认为较软的弹性板较厚，表面几乎没有微图案，杨氏模量较低。
根据实验结果，研究人员还得出了一个有趣的结论：柔软感是一种基本感觉，而非其他感觉的组合。Lipomi解释说：“这说明柔软感是人类触觉的主要组成部分。与工程师利用RGB制造彩色显示器类似，如果能够找到其他‘触觉像素’，那么我们能将它们组合成任何期望的‘触觉图像’吗？这是接下来我们想要深入研究的问题。”
科界原创
编译：雷鑫宇 审稿：三水 责编：唐林芳
期刊来源：《科学进展》 期刊编号：2375-2548
原文链接：https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/how-to-simulate-softness
版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。
