Våra ögon kan vara fönster mot världen, men våra fingertoppar sätter oss i kontakt med den. För att återskapa denna taktila känsla förlitar sig nuvarande teknik på små motorer och elektricitet. Men de stötar och buzz de genererar är inte så bra på att efterlikna den äkta varan. Idag rapporterar forskare bevis på att vår hud kan uppfatta subtila skillnader i kemi - fynd som de hoppas kan ge grunden för ett nytt sätt att kontrollera beröring och bättre integrera den i applikationer, som virtuell verklighet.

Forskarna kommer att presentera sina resultat på vårmötet i American Chemical Society (ACS).

"När du rör ett föremål känner du dess yta, och du kan ändra hur det känns genom att ändra friktionen mellan den ytan och ditt finger. Det är där kemin kommer in", säger Charles Dhong, Ph.D., projektets huvudutredare. "Vi tror att materialkemi kan öppna dörren för att återskapa mer nyanserade förnimmelser, oavsett om du designar en yta så att den känns på ett visst sätt eller skapar återkopplingsenheter för virtuell verklighet."

Av de fem sinnena har tekniken anammat vissa lättare än andra. Datorskärmar, smarttelefonskärmar och virtual reality-headset erbjuder detaljerade, till och med uppslukande, bilder. Ljudenheter återskapar också röster, musik och annat ljud i hög kvalitet. Framstegen inom beröringstekniken har dock släpat efter, delvis för att den involverar flera typer av förnimmelser, såsom temperatur och smärta. Vissa ansträngningar för att återskapa beröring har dessutom inkluderat system som är utformade för att simulera en känsla av att röra sin kropp – en komplex känsla.

Dhongs forskning vid University of Delaware fokuserar på en specifik typ av beröring:att använda fingrarna för att upptäcka textur. Vissa metoder för att framkalla denna typ av fin touch finns redan tillgängliga. En vibrator i en smartphone gör att den kan fånga din uppmärksamhet utan att ringa. I en uppdateringsbar punktskriftsskärm för personer med nedsatt syn eller blindhet, flyttar ett ställdon stiften uppåt för att skapa stötar. Denna typ av beröring beror på en fysisk kraft, friktion, vilket är det motstånd som huden möter när den borstar mot ett föremål. Medan attribut som ytans konturer påverkar friktionen, så påverkar kemin också. Strukturen hos molekylerna i ett ämne och egenskaperna hos dess yta påverkar också känslan. Dhong och hans kollegor misstänkte att de genom att bara ändra kemirelaterade egenskaper kunde förändra hur en yta känns.

I tidigare arbete bad Dhongs team folk att röra en molekyltjocka lager av silan, en kiselinnehållande förening. Ingen av silanytorna hade detekterbara skillnader i jämnhet. Trots det kunde de som rörde ytorna särskilja dem baserat på kemiska skillnader, inklusive utbyte av en atom inom varje silanmolekyl med en annan, på grund av subtila förändringar i friktion. "När forskning har visat att människor kan upptäcka de fysiska skillnaderna mellan ytor med en upplösning så låg som 13 nanometer", säger Dhong. "Nu säger vi att känseln också kan identifiera kemiska förändringar så små som att byta ut en kväveatom mot en kolatom."

På mötet kommer Dhong att presentera det senaste arbetet med fokus på polymerer, de viktigaste molekylerna för syntetiska material. Polymerer kännetecknas inte bara av sina kemiska formler, utan också genom en egenskap som kallas kristallinitet, som beskriver hur snyggt de kedjeliknande molekylerna är organiserade. Polymererna i dessa experiment hade identiska formler och molekylvikter; endast graden av kristallinitet skilde sig åt.

I sina experiment fokuserade forskarna på den upplevda strukturen hos tunna lager av polymerer. Precis som med silanerna bad de försökspersonerna att dra fingrarna över polymeren. Även denna gång fann de att människor kunde skilja mellan polymererna endast baserat på variationer i friktionen till följd av subtila förändringar i molekylernas kristallinitet.

"Ett nytt tillvägagångssätt för att kontrollera fin touch och uppfattningen av textur kan ha många tillämpningar", säger Dhong. "Det kan till exempel göra det möjligt att designa nya typer av ytor, eller att bättre integrera denna känsla i virtuell verklighetsmiljöer. Andra applikationer kan inkludera förbättring av enheter, såsom uppdateringsbara punktskriftsskärmar, samt ge feedback till kirurger som utför operationer på distans, säger Dhong. + Utforska vidare

Temperaturvariationer kan hjälpa ny pekskärmsteknik att simulera virtuella former