과학자들은 XNUMX년 넘게 촉각, 즉 촉각을 연구해 왔지만 그것이 어떻게 작동하는지에 대한 많은 측면은 여전히 ​​수수께끼로 남아 있습니다.

UC Santa Barbara 햅틱 연구원 Yon Visell은 "촉각은 세상과 상호 작용하는 능력의 핵심임에도 불구하고 완전히 이해되지 않았습니다."라고 말했습니다. “잔을 들거나 이름을 서명하거나 가방에서 열쇠를 찾는 등 손으로 하는 모든 일이 촉각 없이는 불가능합니다. 그러나 우리는 피부가 포착하는 감각의 본질이나 인식과 행동을 가능하게 하기 위해 감각이 어떻게 처리되는지 완전히 이해하지 못합니다.”

우리는 시각, 청각 등 다른 감각이 어떻게 작동하는지에 대한 더 나은 모델을 갖고 있지만 촉각이 어떻게 작동하는지에 대한 이해는 훨씬 덜 완전하다고 그는 덧붙였습니다.

이러한 격차를 메우기 위해 Yitian Shao와 Sorbonne의 협력자 Vincent Hayward를 포함한 Visell과 그의 연구팀은 촉각의 물리학, 즉 물체를 만지면 피부에 신호가 발생하여 우리가 느끼는 감정을 형성하는 방법을 연구해 왔습니다. 저널에 발표된 연구(링크)에서 과학의 발전, 그룹은 피부의 본질적인 탄력이 촉각 감지에 어떻게 도움이 되는지 밝힙니다. 놀랍게도, 그들은 피부가 단순한 감지 물질이 아니라 촉각 정보 처리에도 도움이 될 수 있음을 보여주었습니다.

중요하지만 거의 알려지지 않은 촉각의 측면을 이해하기 위해 Visell은 시각 기관인 눈이 광학 정보를 처리하는 방식을 생각하는 것이 도움이 된다고 생각합니다.

“인간의 시력은 빛을 망막의 이미지에 집중시키기 위해 눈의 광학에 의존합니다.”라고 그는 말했습니다. "망막에는 이 이미지를 우리 뇌가 보고 있는 것을 분해하고 해석하는 데 사용하는 정보로 변환하는 감광 수용체가 포함되어 있습니다."

우리가 피부로 표면을 만질 때 유사한 과정이 펼쳐진다고 Visell은 계속했습니다. 빛을 포착하여 망막에 집중시키는 각막 및 홍채와 같은 구조와 유사하게, 피부의 탄력성은 촉각 신호를 피부 전체의 감각 수용체에 분배합니다.

두드림, 미끄러짐 또는 잡기와 같은 동작으로 인해 발생하는 진동의 공간 패턴을 감지하고 분류하기 위해 손에 착용하는 일련의 작은 가속도계를 사용하는 이전 작업을 기반으로 연구원들은 유사한 접근 방식을 사용하여 다음과 같은 진동의 공간 패턴을 포착했습니다. 손이 환경을 느끼면서 생성됩니다.

주저자인 Shao는 “우리는 피부에 부드럽게 접착된 30개의 5000축 센서로 구성된 맞춤형 장치를 사용했습니다.”라고 설명했습니다. "그런 다음 우리는 실험에 참여한 각 참가자에게 손으로 다양한 터치 상호 작용을 수행하도록 요청했습니다." 연구팀은 이러한 상호 작용에 대한 거의 XNUMX개의 데이터 세트를 수집하고 해당 데이터를 분석하여 촉각 신호의 손 모양 정보 콘텐츠 전체에 전달되는 터치 생성 진동 패턴의 전달 방식을 해석했습니다. 진동 패턴은 피부 자체 내의 탄성 결합에서 발생했습니다.

그런 다음 팀은 손의 진동 전달이 촉각 신호의 정보를 어떻게 형성하는지 명확히하기 위해 이러한 패턴을 분석했습니다. Shao는 “우리는 손 전체에서 느껴지는 고차원 신호가 소수의 기본 패턴의 조합으로 표현되는 수학적 모델을 사용했습니다.”라고 설명했습니다. 기본 패턴은 신호의 정보 크기를 압축하여 보다 효율적으로 인코딩할 수 있는 컴팩트한 어휘집 또는 사전을 제공했습니다.

이 분석은 손이 느끼는 촉각 신호의 정보를 포착하는 데 사용할 수 있는 손 전체의 피부 진동인 XNUMX개 이하의 원시 파동 패턴을 생성했습니다. 이러한 원시적인 진동 패턴의 놀라운 특징은 손의 구조와 피부의 파동 전달 물리학을 자동으로 반영한다는 것이라고 Visell은 말했습니다.

"탄력성은 작은 피부 부위에서 접촉이 발생하는 경우에도 피부의 촉감을 위해 수천 개의 감각 수용체를 연결하는 피부의 매우 기본적인 기능을 수행합니다."라고 그는 설명했습니다. "이를 통해 우리는 우리가 만지고 있는 것이 무엇인지 해석하는 데 사용할 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 감각 자원을 사용할 수 있습니다." 그들의 연구에서 주목할 만한 발견은 이 과정이 촉각 신호에서 정보를 보다 효율적으로 포착하는 것을 가능하게 한다는 것이라고 Visell은 말했습니다. 이런 종류의 정보 처리는 일반적으로 피부가 아닌 뇌에서 수행되는 것으로 간주됩니다.

피부에서 기계적 전달이 수행하는 역할은 어떤 면에서는 청각에 있어서 내이 역학의 역할과 유사하다고 Visell은 말했습니다. 1961년에 von Bekesy는 내이의 메커니즘이 어떻게 청각 처리를 촉진하는지 보여주는 연구로 노벨상을 받았습니다. 다양한 주파수 성분의 소리를 귀의 다양한 감각 수용체에 전파함으로써 청각 시스템에 의한 소리 인코딩을 돕습니다. 팀의 작업은 유사한 프로세스가 촉각의 기초가 될 수 있음을 시사합니다.

연구원들에 따르면 이러한 발견은 뇌에 대한 우리의 이해에 기여할 뿐만 아니라 피부와 같은 탄성 물질을 부여받을 수 있는 절단 장애인을 위한 미래 의수족 엔지니어링에 대한 새로운 접근 방식을 제시할 수도 있습니다. 언젠가는 유사한 방법을 사용하여 차세대 로봇의 촉각 감지를 향상시킬 수도 있습니다.