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Impronte digitali: processori di segnale per il tocco
Possono sembrare poco più che decorazioni digitali, ma la biomeccanica sa da tempo che le impronte digitali hanno almeno un uso: aumentano l'attrito, migliorando così la presa. Ci sono stati anche suggerimenti sul fatto che le impronte digitali abbiano un ruolo nella sensazione del tatto. Una possibilità è che quando un dito viene spostato su una superficie, ogni cresta di un'impronta digitale agisce come una piccola leva, amplificando la tensione sotto la superficie per le terminazioni nervose sottostanti.
Oggi, Georges Debregeas et amis dell'Università di Parigi 6 e 7 affermano che questa è solo una parte della storia. In effetti, il ruolo che le impronte digitali svolgono nel contatto è molto più importante e sottile di quanto si possa immaginare.
Debregeas et amis affermano che sembra che le creste e le spirali delle impronte digitali filtrino le vibrazioni meccaniche in un modo che consenta alle terminazioni nervose di rilevarle.
I meccanocettori che svolgono questo lavoro sono chiamati corpuscoli di Pacini. Si siedono alle estremità dei nervi e sono responsabili della percezione della pressione e del dolore. Questi dispositivi possono rilevare le vibrazioni su un'ampia area della pelle, ma sono sensibili solo a una gamma limitata di vibrazioni. Infatti i biologi sanno da tempo che i corpuscoli paciniani sono i più sensibili alle vibrazioni a 250Hz.
Quindi, come fanno le dita a generare questa vibrazione gentile? I biologi hanno sempre ipotizzato che gli esseri umani possano controllare la frequenza delle vibrazioni nella pelle modificando la velocità con cui un dito si muove su una superficie. Ma ci sono poche prove che le persone lo facciano davvero e la scoperta del team di Parigi dovrebbe rendere obsoleta questa visione.
Debregeas e co hanno studiato questo problema utilizzando un dito cibernetico che hanno costruito nel loro laboratorio, completo di impronte digitali sintetiche della stessa scala di quelle umane e un sensore microelettromeccanico che misura la forza con una risoluzione spaziale di millimetri. Quello che hanno trovato è sorprendente.
Dicono che le impronte digitali risuonano a determinate frequenze e quindi tendono a filtrare le vibrazioni meccaniche. Si scopre che la loro frequenza di risonanza è di circa 250 Hz. Che sorprendente coincidenza!
Ciò significa che le impronte digitali agiscono come processori di segnale, condizionando le vibrazioni meccaniche in modo che i corpuscoli paciniani possano interpretarle al meglio. È questo processo di ottimizzazione che ci consente di percepire le trame con una risoluzione spaziale molto più piccola della distanza tra i corpuscoli di Pacini nella pelle.
Ciò non dovrebbe sorprendere nessuno che abbia seguito gli sviluppi della robotica negli ultimi anni. C'è una crescente consapevolezza che la potenza di elaborazione del sistema nervoso, compreso il cervello, semplicemente non può gestire il volume di sgranocchiare numeri che deve essere fatto per mantenere un corpo vivo sulla strada.
Invece, sembra sempre più chiaro che il cervello esternalizza gran parte di questo lavoro al corpo stesso: alle articolazioni, ai legamenti, ai muscoli, alla pelle, ecc. Comprendere come questi materiali fanno tutto questo processo sta trasformando la scienza dei materiali in una branca dell'informatica. Ha anche un nome: calcolo morfologico.
Questo lavoro di Debregeas et amis è un altro esempio di calcolo morfologico e sarebbe interessante vedere una trattazione di questo problema dal punto di vista della teoria dell'informazione.
Questo lavoro sulle impronte digitali dovrebbe avere importanti implicazioni per la nostra comprensione del tatto. Dovrebbe anche aiutare nello sviluppo di protesi migliori e potrebbe anche aiutare a dare ai robot un senso tattile migliore.
Cose utili quindi, le impronte digitali.
Rif: arxiv.org/abs/0911.4885 : Il ruolo delle impronte digitali nella codifica delle informazioni tattili sondate con un sensore biomimetico