Onze ogen zijn misschien vensters op de wereld, maar onze vingertoppen brengen ons ermee in contact. Om dit tactiele gevoel na te bootsen, vertrouwt de huidige technologie op kleine motoren en elektriciteit. De stoten en zoemen die ze genereren, zijn echter niet zo goed in het nabootsen van het echte werk. Tegenwoordig rapporteren wetenschappers bewijs dat onze huid subtiele verschillen in chemie kan waarnemen - bevindingen waarvan ze hopen dat ze de basis kunnen vormen voor een nieuwe manier om aanraking te controleren en deze beter te integreren in toepassingen, zoals virtual reality.

De onderzoekers zullen hun resultaten presenteren op de voorjaarsbijeenkomst van de American Chemical Society (ACS).

"Als je een object aanraakt, voel je het oppervlak ervan, en je kunt veranderen hoe het aanvoelt door de wrijving tussen dat oppervlak en je vinger te veranderen. Dat is waar de chemie binnenkomt", zegt Charles Dhong, Ph.D., de hoofdonderzoeker van het project. "We denken dat materiaalchemie de deur kan openen voor het creëren van meer genuanceerde sensaties, of je nu een oppervlak ontwerpt dat op een bepaalde manier aanvoelt, of feedbackapparaten voor virtual reality maakt."

Van de vijf zintuigen heeft technologie sommige gemakkelijker omarmd dan andere. Computermonitoren, smartphoneschermen en virtual reality-headsets bieden gedetailleerde, zelfs meeslepende beelden. Ook audioapparaten maken stemmen, muziek en ander geluid in high-fidelity na. De vooruitgang in aanraaktechnologie is echter achtergebleven, deels omdat het meerdere soorten sensaties omvat, zoals temperatuur en pijn. Daarnaast zijn er bij sommige pogingen om aanraking opnieuw te creëren, systemen gebruikt die zijn ontworpen om het gevoel van het bewegen van het lichaam te simuleren - een complexe sensatie.

Dhongs onderzoek aan de Universiteit van Delaware richt zich op een specifiek type aanraking:het gebruik van de vingers om textuur te detecteren. Er zijn al enkele methoden beschikbaar om dit soort fijne aanrakingen op te roepen. Een vibrator in een smartphone maakt het mogelijk om je aandacht te trekken zonder te rinkelen. In een verversbare brailleleesregel voor mensen met slechtziendheid of blindheid, beweegt een actuator pinnen omhoog om hobbels te creëren. Dit type aanraking is afhankelijk van een fysieke kracht, wrijving, de weerstand die de huid ondervindt wanneer deze tegen een object strijkt. Terwijl attributen zoals de contouren van een oppervlak wrijving beïnvloeden, doet chemie dat ook. De structuur van de moleculen in een stof en de eigenschappen van het oppervlak beïnvloeden ook de sensatie. Dhong en zijn collega's vermoedden dat ze, door alleen scheikundegerelateerde kenmerken te veranderen, het gevoel van een oppervlak konden veranderen.

In eerder werk vroeg het team van Dhong mensen om enkele molecuul dikke lagen silaan, een siliciumbevattende verbinding, aan te raken. Geen van de silaanoppervlakken bezat waarneembare verschillen in gladheid. Toch konden degenen die de oppervlakken aanraakten ze differentiëren op basis van chemische verschillen, inclusief de vervanging van een atoom in elk silaanmolecuul door een ander, vanwege subtiele veranderingen in wrijving. "Recent onderzoek heeft aangetoond dat mensen de fysieke verschillen tussen oppervlakken kunnen detecteren met een resolutie van slechts 13 nanometer", zegt Dhong. "Nu zeggen we dat de tastzin ook chemische veranderingen kan identificeren die zo klein zijn als het verwisselen van een stikstofatoom voor een koolstofatoom."

Tijdens de bijeenkomst zal Dhong recent werk presenteren dat zich richt op polymeren, de go-to-moleculen voor synthetische materialen. Polymeren onderscheiden zich niet alleen door hun chemische formules, maar ook door een eigenschap die bekend staat als kristalliniteit, die beschrijft hoe netjes de kettingachtige moleculen zijn georganiseerd. De polymeren in deze experimenten hadden identieke formules en molecuulgewichten; alleen de mate van kristalliniteit verschilde.

In hun experimenten richtten de onderzoekers zich op de waargenomen textuur van dunne lagen polymeren. Net als bij de silanen vroegen ze de proefpersonen om met hun vingers over het polymeer te schuiven. Ook deze keer ontdekten ze dat mensen onderscheid konden maken tussen de polymeren alleen op basis van variaties in de wrijving als gevolg van subtiele veranderingen in de kristalliniteit van de moleculen.

"Een nieuwe benadering voor het regelen van fijne aanraking en de perceptie van textuur zou veel toepassingen kunnen hebben", zegt Dhong. "Het zou het bijvoorbeeld mogelijk kunnen maken om nieuwe soorten oppervlakken te ontwerpen of om dit gevoel beter te integreren in virtual reality-omgevingen. Andere toepassingen kunnen het verbeteren van apparaten zijn, zoals verversbare brailleleesregels, evenals het geven van feedback aan chirurgen die operaties uitvoeren op afstand", zegt Dhong. + Verder verkennen

Temperatuurvariatie kan nieuwe touchscreentechnologie helpen virtuele vormen te simuleren