Műujjal derítették föl az ujjlenyomat titkát

Mi lehet az ujjbegyen lévő, a főemlősök, így az ember egyedi azonosítását is lehetővé tevő bőrbarázdák feladata? Egyrészt a súrlódás növelése révén nyilvánvalóan segíti a tárgyak biztosabb megfogását. Francia kutatók azonban ennél sokkal fontosabb funkciót derítettek fel: a barázdák létfontosságúak lehetnek a finom felületszerkezeti eltérések érzékeléséhez a tapintás során.

Georges Debrégeas, a párizsi École Normale Supérieure fizikusa kutatótársaival ötletes kísérletet dolgozott ki az ujjlenyomatot alkotó barázdák szerepének meghatározásához. A kutatók sima, illetve az ujjlenyomathoz hasonlóan barázdált, rugalmas anyaggal vontak be egy nyomásérzékelő szerkezetet. Ez a szenzor szimulálta a bőrben elhelyezkedő idegrostok hálózatát.

Ezután a "műujjbegyet" különböző távolságra elhelyezkedő és eltérő vastagságú, kiemelkedő vonalakkal mintázott üveglapon húzták végig. Ennek hatására a mesterséges bőr változó frekvenciájú rezgésbe jött, amelyet a műszer képes volt detektálni.

Egy korábbi kutatásban, valódi ujjbegyekkel végzett vizsgálatokkal amerikai kutatók már kimutatták: az ember úgy érzékeli a finom felületi textúrákat, hogy amikor az ujjunkat végighúzzuk a felületen, akkor rezgések keletkeznek a bőrben. Ezek a rezgések hozzák azután ingerületbe a bőrben lévő érzőidegeket, amelyek továbbítják az impulzusokat a központi idegrendszerbe. A bőrben lévő nyomásérzékelő, úgynevezett Vater-Pacini-testek azonban viszonylag mélyen - 2 milliméterre a felszíntől - helyezkednek el. Ez fölveti a kérdést, hogyan érzékelhetik ezeket a finom rezgéseket.

A műujjas kísérletekből kiderült, hogy itt játszanak szerepet az ujjbegy barázdái. Mint Debrégeas és munkatársai a Science-ben leírták, a barázdált ujjbegyből származó bizonyos frekvenciájú rezgések 100-szor erősebbek voltak, mint a sima ujjbegyből származók.

Az eredmények arra utalnak, hogy a barázdált bőr egyfajta szűrőként működik: kiválasztja, mely rezgéseket juttassa el a mélyebben fekvő idegekhez. A csoport számításai szerint egy átlagos emberi ujjbegy esetén, amelyen a barázdák fél milliméteres távolságban helyezkednek el és másodpercenként 10-15 centiméteres sebességgel pásztázza a felületet, a felerősített frekvenciák 200-300 hertz közé esnek. Ez jelentős frekvenciatartomány, mert a beágyazott Pacini-idegrostok a 250 hertzes rezgésekre a legérzékenyebbek.

A remények szerint az eredmények fölhasználhatók lesznek kifinomultabb tapintású robotok fejlesztésénél. A jelenlegi robotok többségének elég korlátozott a tapintókészsége, képtelenek elkülöníteni a különféle textúrákat. Az ilyen képesség pedig nagyon hasznos lenne például az orvosi robotoknál, amelyek így akár finom műtétekben is segédkezhetnének.