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    皮肤的一生物力 学可以执行有用的一触觉计算

    作为人体最大和最突出的一器官,皮肤也为我们与周围世界提供了最基本的一联系之一 。从我们出生的一那一刻起,它就与我们进行的一每一次身体互动都息息相关 。

    尽管科学家们对触摸或触觉的一研究已经有一个多世纪了,但其工作方式的一许多方面仍然是个谜 。

    加州大学圣塔芭芭拉分校触觉研究员Yon Visell表示:“触摸感尚未得到充分理解,即使它是我们与世界互动的一能力 的一核心 。”“我们用手做的一任何事情-拿起杯子,在名字上签名或在包里寻找钥匙-如果没有触觉,这都是不 可能的一 。但是,我们还没有完全理解被捕捉到的一感觉的一本质 。皮肤或其处理方式,以实现感知和行动 。”

    他补充说,我们对于其他感觉(例如视觉和听觉)的一工作方式有更好的一模型,但是我们对触摸感如何工作的一理解还不 完整 。

    为了填补这一空白,Visell和他的一研究团队,包括Yitian Shao和Sorbonne的一合作者Vincent Hayward,一直在研究触摸感觉的一物理原理-触摸物体如何在皮肤中产生影响我们感觉的一信号 。在发表在《科学进展》杂志上的一一项研究(链接)中,该小组揭示了皮肤的一固有弹性如何帮助触觉感知 。值得注意的一是,它们表明,皮肤不 仅是一种简单的一传感材料→,而且还可以帮助处理触觉信息 。

    为了理解触摸的一这一重要但鲜为人知的一方面,Visell认为思考一下眼睛(即我们的一视觉器官)如何处理光学信息会有所帮助 。

    他说:“人类视觉依靠眼睛的一光学器件将光线聚焦到视网膜上的一图像中 。”“视网膜包含光敏受体,这些受体将图像转换成信息,我们的一大脑会使用这些信息来分解和解释我们所看的一东西 。”

    当我们用皮肤接触表面时,类似的一过程就会展开,Visell继续说道 。类似于角膜和虹膜等结构将光线捕获并聚焦到视网膜上,皮肤的一弹性将触觉信号分配到整个皮肤的一感觉受体 。

    在以前的一工作的一基础上,该工作使用戴在手上的一微型加速度计阵列来感测和分类由敲击,滑动或抓握等动作产生的一振动的一空间模式,在这里,研究人员采用了类似的一方法来捕获振动的一空间模式 。当手感觉到环境时产生 。

    主要作者邵说:“我们使用了一个由30个三轴传感器组成的一定制设备,这些传感器轻轻地粘在皮肤上 。”“然后我们要求实验中的一每个参与者都用双手进行许多不 同的一触摸交互 。”该研究小组收集了近5000种此类相互作用的一数据集,并对这些数据进行了分析,以解释在触觉信号中整个手形信息内容中如何传递触摸产生的一振动模式 。振动模式是由皮肤内部的一弹性耦合引起的一 。

    然后,研究小组分析了这些模式,以阐明触觉信号中手形信息中振动的一传递方式 。“我们使用了一个数学模型,其中整个手部感觉到的一高维信号被表示为少量原始模式的一组合,”邵说 。原始模式提供了一个紧凑的一词典或字典,可以压缩信号中信息的一大小,从而可以更有效地对其进行编码 。

    这项分析产生了十几个或更少的一原始波型-整个手部皮肤的一振动,可用于捕获手感触信号中的一信息 。维塞尔说,这些原始振动模式的一显着特征是它们会自动反映手的一结构以及皮肤中波的一传播物理原理 。

    他解释说:“弹性在皮肤中起着非常基本的一作用,即使在很小的一皮肤区域发生接触时,皮肤也会与成千上万的一感觉受体相接触 。”“这使我们可以使用更多的一感官资源,而无法解释我们正在触摸的一东西 。”维塞尔说,他们研究的一非凡发现是,这一过程还使得可以更有效地捕获触觉信号中的一信息 。通常认为这种信息处理是由大脑而不 是皮肤进行的一 。

    Visell说,机械传递在皮肤中的一作用在某些方面类似于内耳在听觉中的一作用 。1961年,冯·贝克斯(von Bekesy)的一研究表明内耳的一力 学如何促进听觉处理,从而获得了诺贝尔奖 。通过将具有不 同频率含量的一声音传播到耳朵中的一不 同感觉感受器,它们有助于听觉系统对声音进行编码 。团队的一工作表明,类似的一过程可能会在触觉上产生潜在的一影响 。

    据研究人员称,这些发现不 仅有助于我们对大脑的一了解,而且还可能为被截肢者未来假肢的一工程化提出了新的一方法,这些假肢可能被赋予了类似皮肤的一弹性材料→ 。有一天类似的一方法也可能被下一代机器人用来改善触觉 。

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