研究發現:指紋的水分調節機制加強了人類的觸覺

2020-12-09 科技報告與資訊

一項新的研究顯示,人類指紋有一種自我調節水分的機制,它不僅可以幫助我們避免手機掉落,而且可以幫助科學家開發更好的假肢、機器人設備和虛擬實境環境。

包括人類、猴子和猿類在內的靈長類動物在手腳上進化出了表皮脊,其汗腺密度高於身體其他地方。這使得皮膚的水分得到精確的調節,在操作物體時有更大的抓握力。指紋有助於增加與光滑表面接觸時的摩擦力,增強對粗糙表面的抓握力,提高觸覺靈敏度。它們的水分調節機制確保了皮膚角質層的最佳保溼效果,從而最大限度地提高摩擦力。

伯明罕大學的研究人員與韓國首爾國立大學和延世大學的合作夥伴合作,在《Proceedings of the National Academy of Sciences》(PNAS)上發表了他們的研究成果。

超聲波潤滑通常用於提供感官 "觸覺 "反饋的觸控螢幕顯示器,但當用戶的手指太幹或過於潮溼時,其效果會降低。此外,能夠通過觸摸區分細微紋理的表面,如紡織品,依靠的是誘導的橫向振動,但由於沒有滑動摩擦力,抑制了我們識別實際觸摸的東西的能力。

指紋是靈長類動物和考拉特有的,似乎具有雙重功能,既能促進多餘水分的蒸發,又能在其底部提供一個水分庫,使抓握力最大化。

研究人員發現,當手指與不透水的表面接觸時,毛孔中的汗液會使皮膚變得柔軟,從而大大增加摩擦力。然而,由此帶來的手指順應性的增加會導致汗液毛孔最終被堵塞,從而防止水分過多而降低我們抓取物體的能力。

科學家們利用基於雷射的高科技成像技術,發現水分調節的原因可以解釋為,這種汗孔的阻隔和表皮溝在與物體接觸時,由於表皮溝的特殊橫截面形狀,加速了外部溼潤帶來的過多水分的蒸發。

這兩種功能的結果是,無論手指最初是溼的還是幹的,都能在指肚中保持最佳的水分含量,從而最大限度地提高摩擦力。這種管理水分的雙重機制為靈長類動物提供了在乾燥和潮溼條件下的進化優勢,使它們擁有熊和大貓等其他動物所不具備的操縱和運動能力。

論文標題為《Fingerprint ridges allow primates to regulate grip》。

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