¿Qué factores afectan la forma en que el tacto humano percibe la suavidad, como la sensación de presionar la yema del dedo contra un malvavisco, ¿Un trozo de arcilla o una pelota de goma? Al explorar esta pregunta en detalle, un equipo de ingenieros y psicólogos de la Universidad de California en San Diego descubrió ingeniosos trucos para diseñar materiales que reproduzcan diferentes niveles de suavidad percibida.

Los hallazgos proporcionan información fundamental sobre el diseño de materiales táctiles e interfaces hápticas que pueden recrear sensaciones táctiles realistas. para aplicaciones como piel electrónica, prótesis y robótica médica. Los investigadores detallan sus hallazgos en la edición del 30 de agosto de Avances de la ciencia .

"Ofrecemos una fórmula para recrear un espectro de suavidad. Al hacerlo, estamos ayudando a cerrar la brecha en la comprensión de lo que se necesita para recrear algunos aspectos del tacto, "dijo Charles Dhong, quien codirigió el estudio como becario postdoctoral en UC San Diego y ahora es profesor asistente de ingeniería biomédica en la Universidad de Delaware. Dhong trabajó con Darren Lipomi, profesor de nanoingeniería en UC San Diego y coautor del estudio.

Según los resultados de sus experimentos, los investigadores crearon ecuaciones que pueden calcular qué tan blando o duro se sentirá un material en función del grosor del material, Módulo de Young (una medida de la rigidez de un material), y áreas con micropatrones. Las ecuaciones también pueden hacer lo contrario y calcular, por ejemplo, el grosor o el micropatrón que debe tener un material para sentir un cierto nivel de suavidad.

"Lo interesante de esto es que hemos encontrado dos nuevas formas de ajustar la suavidad percibida de un objeto:micropatrones y cambiar el grosor, "Dhong dijo." El módulo de Young es a lo que los científicos suelen recurrir en términos de lo que es blando o duro. Es un factor pero ahora mostramos que es solo una parte de la ecuación ".

Recreando la suavidad

Los investigadores comenzaron examinando dos parámetros que utilizan los ingenieros para medir la suavidad percibida de un material:la profundidad de la hendidura (la profundidad con la que la yema del dedo presiona un material) y el área de contacto entre la yema del dedo y el material. Normalmente, estos parámetros cambian simultáneamente cuando un dedo presiona un objeto. Toque un trozo de goma blanda, por ejemplo, y el área de contacto aumentará cuanto más profundo presione la yema del dedo.

Dhong, Lipomi y sus colegas tenían curiosidad por saber cómo la profundidad de la hendidura y el área de contacto afectan de forma independiente la percepción de suavidad. Para responder a esta pregunta, diseñaron especialmente materiales que desacoplaron los dos parámetros y luego los probaron en seres humanos.

Los investigadores crearon nueve placas elastoméricas diferentes, cada uno con su propia proporción única de profundidad de sangría al área de contacto. Las losas diferían en la cantidad de micropatrones en la superficie, espesor y módulo de Young.

El micropatrón es clave para el diseño. Consiste en conjuntos de pilares microscópicos elevados salpicados en la superficie de las losas. Estos pequeños pilares permiten que la punta de un dedo presione más profundamente sin cambiar el área de contacto. Esto es similar a presionar contra las clavijas de metal de un juguete Pinscreen, donde las matrices de pines se deslizan hacia adentro y hacia afuera para dar una impresión tridimensional.

"Al crear estas estructuras de superficie con micropatrones, Producimos regiones de contacto discontinuas donde el dedo presiona que son mucho más pequeñas que la sombra que arrojaría sobre la superficie, "Dijo Lipomi.

El equipo probó las losas en 15 sujetos y les indicó que realizaran dos tareas. En la primera tarea, presentaron a los sujetos múltiples pares de losas y les pidieron que identificaran la más blanda de cada par. En la segunda tarea, los investigadores hicieron que los sujetos clasificaran las nueve losas de más blanda a más dura.

En general, las losas que los sujetos percibieron como más suaves eran más gruesas, tenía poco o ningún micropatrón en la superficie, y tenía un módulo de Young bajo. Mientras tanto, las losas que se sentían más duras eran más delgadas, tenía más micropatrones y un módulo de Young alto.

Suavidad:un ingrediente básico del tacto

Los experimentos también llevaron a los investigadores a una conclusión interesante:la percepción de la suavidad es una sensación básica, no una combinación de otras sensaciones.

"Esto significa que la suavidad es un ingrediente principal del sentido del tacto humano. Es como tener RGB para pantallas en color, "Dijo Lipomi." Si podemos encontrar los otros 'píxeles del tacto, '¿Podemos combinarlos para hacer cualquier imagen táctil que queramos? Estas son las cosas fundamentales que nos gustaría saber en el futuro ".

El artículo se titula:"Papel de la profundidad de sangría y el área de contacto en la percepción humana de la suavidad de las interfaces hápticas".