中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院方星星團(tuán)隊(duì)在《摩擦學(xué)學(xué)報(bào)(中英文)》發(fā)表論文《仿生六邊形精細(xì)紋理的觸感深度閾值研究》。該研究結(jié)合認(rèn)知行為學(xué)、摩擦學(xué)和腦電圖法，系統(tǒng)探究了微米級(jí)仿生六邊形紋理深度與觸摸方向?qū)τ|覺(jué)感知閾值的影響，通過(guò)單通道神經(jīng)元群模型驗(yàn)證了紋理刺激強(qiáng)度和神經(jīng)元興奮性的作用機(jī)制，為觸膚產(chǎn)品精細(xì)紋理設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

　　觸覺(jué)是人類與外界交互的核心通道，指尖皮膚的機(jī)械感受器與指紋結(jié)構(gòu)使其能感知微米級(jí)精細(xì)紋理。自然界中常見(jiàn)的六邊形紋理(如蜂巢、蛇鱗片)兼具優(yōu)良摩擦學(xué)性能與黏著特性，但其在觸覺(jué)感知中的深度閾值及方向差異規(guī)律尚未明確，制約了相關(guān)仿生設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)應(yīng)用。

　　團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了深度為0~10μm的仿生六邊形紋理試樣，通過(guò)認(rèn)知行為學(xué)試驗(yàn)、觸感摩擦測(cè)試和腦電監(jiān)測(cè)開(kāi)展系統(tǒng)研究。結(jié)果顯示，紋理觸感閾值與觸摸方向密切相關(guān)：平端方向觸摸的平均識(shí)別閾值為7.40μm，顯著低于尖端方向的8.90μm，說(shuō)明平端觸摸更易感知紋理。隨著紋理深度增加，主觀紋理感和識(shí)別率逐步提升，當(dāng)深度達(dá)到8~9μm時(shí)識(shí)別率可達(dá)100%。

　　摩擦特性分析表明，觸摸過(guò)程中黏著摩擦分量隨紋理深度增大而減小，形變摩擦分量則逐漸增大，當(dāng)深度接近閾值時(shí)，形變摩擦比例顯著提升。振動(dòng)信號(hào)頻域特征顯示，紋理深度達(dá)到8~9μm時(shí)，振動(dòng)主頻進(jìn)入100~300Hz的帕西尼小體敏感范圍，為主觀感知提供了生理基礎(chǔ)。

　　腦電信號(hào)分析發(fā)現(xiàn)，僅當(dāng)紋理深度超過(guò)閾值時(shí)，才能激發(fā)ERP曲線的P100和P200早期成分;平端觸摸誘發(fā)的P300成分幅值更高、潛伏期更短，表明大腦對(duì)該方向觸感信息的處理速度更快。單通道神經(jīng)元群模型進(jìn)一步驗(yàn)證，平端觸摸產(chǎn)生的機(jī)械刺激更強(qiáng)，是腦電信號(hào)主頻幅值增大的重要原因。

　　該研究首次從“皮膚感知-摩擦振動(dòng)-大腦響應(yīng)”全鏈條揭示了仿生六邊形紋理的觸覺(jué)感知機(jī)制，明確了觸感閾值的關(guān)鍵影響因素，為智能穿戴、人機(jī)交互、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的觸膚產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。