Wissenschaftler sind dem Fingerspitzengefühl auf der Spur

Unsere Fingerspitzen spielen eine überaus wichtige Rolle beim Ertasten feiner Texturen, die gerade mal Bruchteile eines Millimeters groß sind. Dies ergaben im Fachmagazin Science online veröffentlichte neue EU- finanzierte Forschungsergebnisse. Die Studie wurde im Rahmen des...

Unsere Fingerspitzen spielen eine überaus wichtige Rolle beim Ertasten feiner Texturen, die gerade mal Bruchteile eines Millimeters groß sind. Dies ergaben im Fachmagazin Science online veröffentlichte neue EU- finanzierte Forschungsergebnisse.

Die Studie wurde im Rahmen des EU-Projekts MONAT ("Measurement of naturalness") gefördert, das durch die Initiative NEST (Neue und aufkommende wissenschaftliche und technologische Entwicklungen) aus dem Topf des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) finanziert wird.

Die Fähigkeit unserer Hände, äußerst präzise Aufgaben wie das Greifen und Handhaben von Gegenständen, die Erfassung von winzigen Fehlern auf der Oberfläche von Dingen sowie die Unterscheidung zwischen verschiedenen Texturen auszuführen, beruht auf der Tastempfindlichkeit unserer Fingerspitzen.

Die ertasteten Informationen werden mithilfe verschiedenartiger spezieller Nervenendigungen erfasst und zum Gehirn übertragen. Gröbere Texturen im Bereich von mehr als 200 Mikrometern (was ein Fünftel eines Millimeters ist und ungefähr der Dicke eines menschlichen Haars entspricht) werden von Mechanorezeptoren aufgenommen. Feinere Strukturen werden von Pacinischen Körperchen erfasst, die die beim Überstreichen einer Oberfläche erzeugten Schwingungen wahrnehmen. Die Pacinischen Körperchen stehen wiederum mit Sinnesneuronen in Verbindung, die die Informationen zum Gehirn weitergeben.

Die Wissenschaftler untersuchten im Rahmen dieser neuesten Studie, welche Rolle die aus Erhebungen und Tälern bestehenden Rillen auf unseren Fingerbeeren, die den Fingerabdruck ergeben, bei der Übertragung von Texturinformationen zu den Pacinischen Körperchen spielen. Dazu erfanden sie einen mechanischen Tastsensor, der in seinen Abmessungen mit einer menschlichen Fingerspitze übereinstimmte. Diese falsche Fingerspitze war mit einer dehnbaren, elastischen Kappe abgedeckt. Die Oberfläche dieser Kappe war entweder glatt oder wies Muster mit Rillen auf, um eine menschliche Fingerbeere nachzubilden.

Der der menschlichen Fingerkuppe nachempfundene Sensor wurde auf zufällige Weise über strukturierte Oberflächen bewegt. Es schien so, als verstärkten und filterten die Rillen der "Fingerspitze" bestimmte Frequenzen der Schwingungen, wodurch ein Signal erzeugt wurde, das wunderbar zu dem Empfindlichkeitsspektrum der Pacinischen Körperchen passte. Dem mit der glatten Kappe bedeckten Sensor konnten die Forscher keinen Effekt dieser Art entlocken.

Den Forschern zufolge hängt der Signalverstärkungsprozess sehr stark von der Ausrichtung der Rillen in Bezug auf die Richtung ab, in welche der Finger bewegt wird. Die im Experiment verwendete falsche Fingerkuppe hatte einfach nur parallele Reihen von Rillen. Diese Rillen waren während des Experiments senkrecht zur Bewegungsrichtung orientiert.

Rillen auf echten Fingerspitzen sind nach Angaben der Forscher jedoch in elliptischen Wirbeln angeordnet. Das bedeutet in der Praxis, dass jeder Bereich der Fingerkuppe (und somit jedes Pacinische Körperchen) auf optimale Weise zur Überstreichungsrichtung ausgerichtet ist.

"Es sind weitere Studien erforderlich, um die Frage zu klären, wie man die während der Texturbewertungsaufgaben angewandte Vorgehensweise (wie etwa den Bewegungsablauf der Fingerspitze und die Kontaktzonen) des Menschen widerspiegeln könnte, teilen die Forscher mit.

Die Schaffung einer künstlichen Fingerspitze war ein Hauptaspekt des Projekts MONAT, das 2006 begann und dieses Jahr endet. Das Projekt zielt auf ein besseres Verständnis der Art und Weise ab, wie Menschen ihre Sehfähigkeit und ihren Tastsinn einsetzen, um zwischen natürlichen und synthetischen Materialien zu unterscheiden.

Das Thema ist von großer kommerzieller Bedeutung, da viele aus natürlichen Materialien wie beispielsweise Seide, Kaschmir, Leder oder Eiche gefertigte Produkte begehrte Luxusartikel sind. Die Herstellung synthetischer Ausführungen dieser Materialien, die erstens so aussehen und sich zweitens auch so anfühlen wie das Original, stellt eine enorme Herausforderung dar. Die durch das Projekt MONAT bereitgestellten Informationen geben den Experten eine Hilfestellung bei der Lösung dieser Aufgabe und bei der Herstellung von Artikeln, die nicht nur die geringen Kosten und die Haltbarkeit synthetischer Materialien sondern auch das Aussehen natürlicher Materialien aufweisen und sich wie diese anfühlen.

Länder

Frankreich