Wspierani przez UE naukowcy wykorzystali fale sejsmiczne zwane falami Rayleigha, by opracować uniwersalne prawo skalowania objaśniające mechanizm dotyku u ssaków. Jaka była ich wizja? Wykorzystanie tej wiedzy w celu zrewolucjonizowania rzeczywistości wirtualnej.
Dotyk jest zwykle pierwszym zmysłem, jaki rozwija się u ssaków. Poprzez dotyk odczuwają one drgania na powierzchni swojej skóry, co pomaga im interpretować różne bodźce obecne w środowisku. Naukowcy wspierani przez finansowany ze środków UE projekt H-Reality wykorzystali tę zasadę, aby opracować uniwersalne prawo skalowania dotyku ssaków, które może utorować drogę do rozwoju rzeczywistości wirtualnej. Wyniki uzyskane przez zespół projektu opublikowano w czasopiśmie „Science Advances”.Gdy przesuwa się dłonią wzdłuż ściany, drgania przenoszą się przez skórę, pobudzając zakończenia nerwowe zwane mechanoreceptorami. Mechanoreceptory przekształcają mechaniczne drgania w sygnały elektryczne przekazywane do mózgu. Z kolei mózg interpretuje je jako wrażenie dotyku. Taka dynamiczna odpowiedź zakończeń nerwowych w skórze na wibracje nosi nazwę odczuwania drgań. Wykorzystując modelowanie matematyczne i receptory dotyku, badacze z projektu H-Reality wykazali, że za drgania odpowiadają fale Rayleigha kojarzone głównie z badaniami nad trzęsieniami ziemi. Wykazali oni również, że fale Rayleigha nie tylko przemieszczają się po powierzchni skóry, ale również przenoszą się przez wszystkie warstwy skóry i kości, docierając do mechanoreceptorów.
„Dotyk jest zmysłem pierwotnym, równie ważnym dla naszych przodków, jak i dla współczesnych ssaków. Jest to przy tym jednocześnie najbardziej złożony, a tym samym najgorzej poznany zmysł”, stwierdził dr Tom Montenegro-Johnson, naukowiec z koordynującego projekt Uniwersytetu Birmingham, w komunikacie prasowym opublikowanym na stronie uczelni. „Choć mamy uniwersalne prawa wyjaśniające funkcjonowanie na przykład wzroku i słuchu, po raz pierwszy jesteśmy w stanie wyjaśnić w podobny sposób, jak działa dotyk”.
Naukowcy wykazali, że różnice w nawodnieniu skóry – a tym samym w sztywności najbardziej zewnętrznej warstwy skóry – nie wpływały znacząco na fale Rayleigha ani na interakcje z receptorami. Innymi słowy, odpowiedź mechanoreceptorów na fale Rayleigha pozostała stała, niezależnie od różnic w zewnętrznej warstwie skóry wynikających z wieku, zawodu, płci czy innych czynników.
Stosując swój model w celu analizy danych eksperymentalnych, twórcy projektu odkryli, że istnieje uniwersalne prawo skalowania odnoszące się do głębokości receptorów czuciowych u wielu gatunków ssaków, z wyjątkiem małych gryzoni. Współczynnik przenikania długości fali Rayleigha w skórze do głębokości mechanoreceptorów obliczono na 5/2. Wskazuje to na ewolucyjnie zachowaną stałą pod względem odczuwania drgań przez ssaki.
„Zdefiniowane przez nas zasady umożliwiają nam lepsze zrozumienie różnych doświadczeń dotyku u szerokiej gamy gatunków”, zauważył współautor, dr James Andrews z Uniwersytetu Birmingham, cytowany w tym samym komunikacie. „Na przykład jeśli natnie się skórę nosorożca na głębokość 5 mm, odczuje on to podobnie jak człowiek przy podobnym nacięciu, jedynie siły wymagane do nacięcia będą się różnić. Pod względem ewolucyjnym jest to bardzo logiczne, jako że wiąże się ze względnym niebezpieczeństwem i potencjalną szkodą”.
Model matematyczny opracowany przez badaczy z projektu H-Reality (Mixed Haptic Feedback for Mid-Air Interactions in Virtual and Augmented Realities) opiera się na koncepcji laureata nagrody Nobla, Georga von Békésy’ego, stanowiącej, że badanie trzęsień ziemi może rzucić światło na właściwości fal Rayleigha i Love’a w skórze. Dzięki temu badaniu zespół projektu zamierza stworzyć wirtualne obiekty z fizyczną obecnością, co zrewolucjonizuje rzeczywistość wirtualną.
Więcej informacji:
poleca:
Studentnews.pl