人类有能力用手灵巧地操纵不同形状、重量、质地和柔软度的物体。虽然这些功能看起来简单明了，但它实际上揭示了我们精确调整手指垂直于物体表面的握力(GF)的能力，以抵消与物体表面切线的载荷力(LF)，这是由于物体的重量和惯性。虽然过多的GF是不节能的，可能会导致损坏物体或手指，但最小的GF是必需的，以防止物体滑动。摩擦决定了这个最小的GF，并且可以根据物体表面几何形状、手指湿度和接触时间等多种因素变化一个数量级。人类可以快速准确地调整GF以适应摩擦的变化，但这只能通过手指的触觉反馈来实现。确实，摩擦信息只能从手指和物体之间的接触点获得，但如何估计仍然是一个谜。一种可能性是，我们利用了物体与手指接触的某些部分发生的局部滑动，而其他部分保持稳定的接触。在手指和透明玻璃之间观察到的那些“局部”滑动是切向力增加的机械结果。如果GF不足，这些局部滑移在接触区域传播，最终导致完全滑移(图1C)。这种稳定区域和滑动区域之间的相对运动必然导致表面皮肤应变。

图1所示。实验设置和程序。A)受试者的手放在手托上，右手食指固定。水平玻璃板通过机器人驱动器移动。盘子压在手指上，移动得足够远，以至于手指完全向四个方向之一滑动。B)成像系统。高对比度的指纹图像是由同轴光源和相机获得的。C)手指接触动力学从初始接触到完全滑动的演变过程。D)力、位置和速度分布在一个例子试验中，轨迹与运动开始一致。E)两张典型的指尖与玻璃表面接触的图像。 Left: fingerprint after initial contact; Right: fingerprint deformation observed during full slip.

为了了解这些表面皮肤张力是否以及如何被我们的触觉感受器检测到，我们开发了一种精确测量它们的设备。使用机器人装置通过透明光滑表面对志愿者的食指指尖施加伺服控制力(图1A)。使用高速分辨率摄像机，我们在施加与物体操作相关的法向力和切向速度范围时，拍摄了从稳定接触到滑动接触的过渡过程中的接触区域(图1B&E)。然后，利用图像处理技术跟踪指纹特征相对于接触面的位移，得到接触区域内多个点处的应变张量;

根据接触力学可以预测，局部滑移首先发生在外围，然后向接触中心传播(如图1C所示)。结果，应变波从外围传播到中心(图2A-B)。载荷力方向所在的接触区域象限被压缩(图2A，第一行)，而对面象限被拉伸(图2A，第一行)，另外两个象限经历剪切应变(图2A，第三行)。与切向力方向对齐的应变分量最大(图2A，第一行)。应变的空间分布(图2B)和应变能密度都与刺激方向有关。此外，应变随法向力水平而变化，并且很大，例如，在法向力为5牛时，峰值应变为50%，即在常见灵巧操作任务范围内的力水平。最后，我们观察到指纹塑造了变形。具体来说，指纹倾向于以这样一种方式旋转，即它们最终会垂直于刺激方向。

图2所示。从稳定接触过渡到完全滑动接触时的应变演化。种群平均应变场用热图表示，热图显示了接触区应变场在四个方向上的演变:(a)三行每一行代表一个应变分量。组件对齐到移动(e_xx)由黑盒子强调。(b)每一行表示给定运动方向的相关应变;右列为总应变。t₁和t₂对应完全滑移前的不同瞬间，t_3.对应于全滑移瞬间和t₄是后全滑。

我们得出的结论是，我们捕获了与人类指尖编码局部滑动的大多数低阈值传入事件直接相关的事件。我们的研究结果激发了对手指机械事件的神经生理编码的进一步研官方manbetx手机版究，并对触觉界面和触觉显示的设计具有重要意义。

Benoit P. Delhaye^1、3，jean - louis Thonnard^1，2
1中国科学院神经科学研究所，
²及r3i秘书长如是说物理和康复医学部门,
鲁汶天主教大学，布鲁塞尔，比利时
^3.美国芝加哥大学有机生物与解剖学系，芝加哥，伊利诺斯州

出版

指尖皮肤在剪切作用下的表面应变测量。
李建军，李建军，李建军，李建军，李建军
J R Soc Interface. 2016 2月

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