Research press release

【知覚】指の触覚で判別できる最も小さな表面形状

Scientific Reports

Perception: Feeling groovy

人間は、幅13ナノメートルのひだでパターン化された表面とパターン化されていない表面を指で触って判別できることが明らかになった。この新知見は、人間の触覚の限界がナノメートル域に達している可能性を示唆している。

今回、Mark Rutlandたちは、化学的に同一な表面を16点作製して実験を行った。そのうちの14点はリンクル(ひだ)でパターン化され、リンクルは、波長(「幅」)が300ナノメートルから90マイクロメートル、振幅(「高さ」)が7ナノメートルから4.5マイクロメートルの範囲内に設定され、残りの2点はパターン化されなかった。そして、2点ずつ無作為に選んで、実験の参加者に次々と示し、その利き手の人差し指で、それぞれの表面上を決められた方向(溝に対して垂直方向)に触らせ、2つの表面の類似性を評価させた。その結果、パターン化されていない表面と区別できた最も小さなパターンの溝の波長は760ナノメートルで、振幅はわずか13ナノメートルであることが判明した。

今回の研究では、微細な構造を触って知覚する際に2つの物理的パラメーター(表面摩擦とリンクル波長)が重要なことが浮き彫りになった。この研究成果は、ロボット工学と仮想現実における触覚の開発や、電話やタブレット型コンピューターなどのタッチパネル式家電製品における触覚的美観の改善に役立つ情報となる可能性がある。

The human finger can discriminate between surfaces patterned with ridges as small as 13 nanometres in amplitude and unpatterned surfaces, a study in Scientific Reports reveals. The finding suggests that the human tactile perception limit may extend to the nanoscale.

Mark Rutland and colleagues produced 16 chemically identical surfaces with wrinkle wavelengths (or wrinkle ‘heights’) ranging from 300 nanometres to 90 micrometres and amplitudes (wrinkle ‘widths’) of between seven nanometres and 4.5 micrometres, as well as two unpatterned surfaces. Human participants were presented with random pairs of surfaces and asked to run their dominant index finger across each one in a designated direction (perpendicular to the groove), before rating the similarity of the two surfaces. The smallest pattern that could be distinguished from the unpatterned surface had grooves a wavelength of 760 nanometres and an amplitude of only 13 nanometres.

The study highlights the importance of two physical parameters - surface friction and wrinkle wavelength - in the tactile perception of fine textures. The research could help to inform the development of the sense of touch in robotics and virtual reality, and the improvement of tactile aesthetics in touch-intensive consumer products, such as phones and tablets.

doi: 10.1038/srep02617

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