Investigadores logran diseñar materiales que replican diferentes niveles de suavidad percibida

Un niño tocando plastilina. / Famlii.
Un niño tocando plastilina. / Famlii.

El hallazgo algún día podría ayudar a los expertos a recrear sensaciones de suavidad para las interfaces hápticas.

Investigadores logran diseñar materiales que replican diferentes niveles de suavidad percibida

¿Qué factores afectan la forma en que el tacto humano percibe la suavidad, como la sensación de presionar la punta del dedo contra un malvavisco, un pedazo 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 trucos ingeniosos para diseñar materiales que replican diferentes niveles de suavidad percibida. Los hallazgos proporcionan información fundamental sobre el diseño de materiales táctiles e interfaces táctiles que pueden recrear sensaciones táctiles realistas.

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 Science Advances.

"Proporcionamos 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 en ingeniería biomédica en la Universidad de Delaware. Dhong trabajó con Darren Lipomi, profesor de nanoingeniería en la Universidad de California en San Diego y coautor del estudio.

Con base en 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, el módulo de Young (una medida de la rigidez de un material) y las áreas micropatronadas. Las ecuaciones también pueden hacer lo contrario y calcular, por ejemplo, qué tan grueso o micropatrificado debe ser 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: micropatterning y cambiar el grosor", dijo Dhong. "El módulo de Young es a lo que los científicos suelen recurrir en términos de lo que es blando o difícil. Es un factor, pero ahora mostramos que es solo una parte de la ecuación".

Recreando suavidad

Los investigadores comenzaron examinando dos parámetros que los ingenieros usan para medir la suavidad percibida de un material: profundidad de indentación (qué tan profundo presiona la yema del dedo en un material) y área de contacto entre la yema del dedo y el material. Normalmente, estos parámetros cambian simultáneamente a medida que la yema del dedo presiona un objeto. 

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

Los investigadores crearon nueve losas elastoméricas diferentes, cada una con su propia relación única de profundidad de indentación al área de contacto. Las losas diferían en la cantidad de micropatterning en la superficie, el grosor y el módulo de Young.

El micropatterning es clave para el diseño. Se compone de conjuntos de pilares microscópicos elevados salpicados en la superficie de las losas. Estos pequeños pilares permiten que la punta del dedo presione más profundamente sin cambiar el área de contacto. Esto es similar a presionar contra los pasadores de metal de un juguete Pinscreen, donde los conjuntos de pasadores se deslizan hacia adentro y hacia afuera para hacer una impresión en 3D.

"Al crear estas estructuras de superficie micropatterned, producimos regiones discontinuas de contacto donde el dedo presiona mucho más que la sombra que proyectaría en 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 el más blando de cada par. En la segunda tarea, los investigadores hicieron que los sujetos clasificaran las nueve losas de la más suave a la más difícil.

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

Suavidad: un ingrediente básico del tacto

Los experimentos también llevaron a los investigadores a una conclusión interesante: la percepción de 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 a color", dijo Lipomi. "Si podemos encontrar los otros 'píxeles de contacto', ¿podemos combinarlos para crear la imagen táctil que queramos? Estas son las cosas fundamentales que nos gustaría saber en el futuro".   @mundiario

 

 

Investigadores logran diseñar materiales que replican diferentes niveles de suavidad percibida