Механизм регуляции влажности отпечатков пальцев улучшает человеческое осязание

Отпечатки пальцев человека обладают механизмом саморегуляции влажности, который не только помогает нам не уронить смартфон, но и может помочь учёным в разработке лучших протезов, роботизированного оборудования и систем виртуальной реальности.

Приматы — включая людей, обезьян и человекообразных обезьян — развили эпидермальные гребни на руках и ногах с более высокой плотностью потовых желёз. Это позволяет точно регулировать влажность кожи для улучшения сцепления при манипуляциях с объектами.

Отпечатки пальцев увеличивают трение при контакте с гладкими поверхностями, улучшают хват на шероховатых поверхностях и усиливают тактильную чувствительность. Их механизм регуляции влажности обеспечивает оптимальное увлажнение кератинового слоя кожи для максимизации трения.

Исследователи из Бирмингемского университета совместно с партнёрами из Южной Кореи, включая Сеульский национальный университет и Университет Йонсей, опубликовали результаты в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Соавтор Майк Адамс, профессор инженерии и производства продуктов, отметил: «Гребни отпечатков пальцев важны для хвата и точных манипуляций. Они регулируют уровень влажности из внешних источников или потовых пор, чтобы трение было максимальным, и мы избегали "катастрофического" проскальзывания».

«Понимание влияния трения подушечек пальцев поможет нам разработать более реалистичные тактильные сенсоры — например, для применения в робототехнике, протезировании и системах тактильной обратной связи для сенсорных экранов и виртуальной реальности».

Ультразвуковая смазка, используемая в сенсорных экранах с тактильной обратной связью, менее эффективна, когда у пользователя сухие, а не влажные подушечки пальцев. Кроме того, способность различать на ощупь текстуры, например, текстиль, зависит от вызываемых боковых вибраций, но отсутствие трения скольжения мешает нам определить, что именно мы трогаем.

Отпечатки пальцев уникальны для приматов и коал и, по-видимому, выполняют двойную функцию: усиливают испарение излишней влаги и обеспечивают её резервуар у основания гребней, что позволяет максимизировать хват.

Исследователи обнаружили, что при контакте подушечек пальцев с непроницаемыми поверхностями пот из пор в гребнях делает кожу мягче и резко увеличивает трение. Однако возникающее увеличение податливости гребней в итоге блокирует потовые поры, предотвращая избыточную влажность, которая снизила бы нашу способность удерживать предметы.

С помощью высокотехнологичной лазерной визуализации учёные выяснили, что регуляцию влажности можно объяснить комбинацией этой блокировки потовых пор и ускоренного испарения излишней внешней влаги из-за особой поперечной формы эпидермальных борозд при контакте с объектом.

Эти две функции обеспечивают поддержание оптимального количества влаги в гребнях отпечатков пальцев, которое максимизирует трение независимо от того, была ли подушечка пальца изначально сухой или мокрой.

«Этот двойной механизм управления влажностью дал приматам эволюционное преимущество в сухих и влажных условиях, обеспечив им манипулятивные и двигательные способности, недоступные другим животным, таким как медведи и большие кошки», — добавил профессор Адамс.