Badania eksperymentalne wykazały, że ludzki zmysł dotyku jest w stanie wykrywać przedmioty ukryte pod piaskiem. Nie jest to nowy zmysł, a raczej mało znana zdolność, która na nowo definiuje prawdziwe możliwości naszego zmysłu dotyku.
Spis treści
Wrażenia dotykowe często kojarzą się z bezpośrednim kontaktem , naciskiem skóry na powierzchnię lub pocieraniem palcami badającego przedmiotu. Jednak codzienne sytuacje pokazują, że ta koncepcja może okazać się błędna: ręce zatrzymujące się tuż przed natrafieniem na coś ukrytego, nieoczekiwany opór pod piaskiem lub trudne do opisania uczucie zapowiadające przeszkodę. Przez długi czas odczucia te interpretowano jako zwykłe zbiegi okoliczności lub formę niewiarygodnej intuicji.
Najnowsze badania przedstawione na Międzynarodowej Konferencji IEEE poświęconej rozwojowi i nauczaniu proponują zupełnie inne wyjaśnienie, poparte danymi. Badania przeprowadzone przez naukowców z Queen Mary University of London i University College London sugerują, że ludzie mogą wykrywać zakopane przedmioty bez dotykania ich dzięki formie wrażliwości dotykowej działającej na bardzo krótkim dystansie. Nie jest to nowe zmysł w ścisłym tego słowa znaczeniu, a raczej nieoczekiwane poszerzenie granic ludzkiego dotyku, po raz pierwszy systematycznie udokumentowane.
Klasyczne zadanie: znaleźć to, co ukryte pod piaskiem.
Wykrywanie obiektów zakopanych w materiałach ziarnistych, takich jak piasek, jest trudnym zadaniem zarówno dla ludzi, jak i dla maszyn. Piasek nie zachowuje się jak ciało stałe ani jak zwykła ciecz, ale jak układ cząstek, które przenoszą siły w sposób nierównomierny . W tym kontekście informacje wizualne są często bezużyteczne, a głównym źródłem danych staje się percepcja dotykowa.
Artykuł naukowy rozpoczyna się od jasnej obserwacji: w robotyce i neuronauce niewiele wiadomo o tym, w jakim stopniu dotyk ludzki może przewidywać działania w tych środowiskach. Autorzy podkreślają, że ich celem jest zbadanie tej mało poznanej zdolności, jak stwierdzają w streszczeniu: „W niniejszym badaniu przedstawiono nowe podejście do lokalizacji opartej na dotyku, wykorzystując eksperyment z udziałem 12 osób, mający na celu ocenę wrażliwości opuszków palców na sygnały dotykowe pochodzące od zakopanych przedmiotów”. Sformułowanie to jasno pokazuje, że przedmiotem zainteresowania nie jest bezpośredni kontakt, ale to, co dzieje się przed nim.
Znaczenie tej kwestii wykracza poza zwykłą ciekawość naukową. Wykrywanie zakopanych przedmiotów ma kluczowe znaczenie w archeologii, likwidacji skutków klęsk żywiołowych i badaniach planet , gdzie wykopaliska „na ślepo” mogą być niebezpieczne lub destrukcyjne. Zrozumienie, w jaki sposób działa ludzki organizm, pozwala nam ustalić wytyczne dla udoskonalenia przyszłych technologii.
Zwierzęta zdolne do postrzegania otaczającego świata na odległość i hipoteza zastosowana do ludzi.
Przed przystąpieniem do badań nad ludźmi naukowcy opierają się na wcześniejszych pracach dotyczących zwierząt. Niektóre ptaki przybrzeżne, takie jak ptaki brodzące, znajdują ofiary ukryte pod piaskiem, nie widząc ich i nie dotykając bezpośrednio. Robią to, wykrywając najmniejsze mechaniczne zaburzenia w piaskach, gdy w pobliżu znajduje się coś twardego.
Główna hipoteza artykułu głosi, że ludzie mogą, przynajmniej częściowo, dzielić tę fizyczną zasadę. Nie dlatego, że mają wyspecjalizowane struktury, podobne do ptasich dziobów, ale dlatego, że ludzka ręka może być znacznie bardziej wrażliwa niż wcześniej sądzono na zmiany oporu i przemieszczenia materiału ziarnistego. Jak stwierdzono w samym artykule, praca ma na celu „ilościową ocenę zakresu i czułości ludzkiej percepcji dotykowej podczas wykrywania zakopanych obiektów”.
Podejście to pozwala uniknąć ezoterycznych lub nadzwyczajnych interpretacji. Opiera się on całkowicie na znanych prawach fizyki dotyczących przenoszenia sił w materiałach ziarnistych oraz na modelach teoretycznych przewidujących „strefę oddziaływania” przed obiektem poruszającym się po piasku. Kluczową kwestią jest to, czy ludzki układ nerwowy jest w stanie odbierać te słabe sygnały.
Eksperyment z ludźmi: dotyk bez dotyku
Aby sprawdzić tę hipotezę, zespół opracował starannie kontrolowany eksperyment. Dwunastu uczestników włożyło palec wskazujący do pudełka wypełnionego suchym piaskiem i powoli przesuwało go po ścieżce oznaczonej diodami LED.
W niektórych testach w piasku był zakopany sześcian, w innych nie. Instrukcja była jasna: zatrzymać ruch w momencie zauważenia obiektu , zanim się go dotknie.
Konstrukcja wykluczała podpowiedzi wizualne i kontrolowała prędkość ruchu, co było najważniejszym aspektem zapewniającym porównywalność sygnałów mechanicznych między uczestnikami. Wyniki pokazały, że ludzie byli w stanie przewidzieć obecność sześcianu z zadziwiającą dokładnością. W artykule stwierdzono, że wyniki uzyskane z udziałem ludzi „potwierdzają wykrywalność z dokładnością 70,7% w odległości 6,9 cm”.
Dane te są szczególnie ważne, ponieważ zbliżają się do teoretycznej granicy przewidzianej przez fizyczne modele interakcji palców z piaskiem. Innymi słowy, system dotykowy człowieka wydaje się działać blisko maksymalnej granicy dopuszczalnej przez prawa fizyki , co rzadko jest tak wyraźnie potwierdzane w badaniach nad zmysłami dotykowymi.
Co tak naprawdę dzieje się w dłoni?
Kluczową częścią badania jest wyjaśnienie, dlaczego ta zdolność jest możliwa. Autorzy nie uciekają się do niejasnych wyjaśnień, ale przeprowadzają szczegółową analizę fizyczną. Kiedy przesuwasz palcem po piasku, przed nim tworzy się strefa przemieszczenia. Jeśli w tej strefie znajduje się jakiś przedmiot, piasek reaguje inaczej: nieznacznie zmienia opór i kierunek sił oddziałujących na skórę.
W artykule zauważono, że modelowanie tych procesów pozwala zaobserwować, że „ludzka ręka jest znacznie bardziej wrażliwa, niż wcześniej sądzono”. Stwierdzenie to nie sugeruje istnienia nowego typu receptorów, a raczej wysoce skutecznego połączenia mechanoreceptorów skórnych i przetwarzania informacji przez mózg . Mózg interpretuje niezwykle subtelne wzorce nacisku jako wstępny sygnał kontaktu.
Mechanizm ten odpowiada współczesnemu rozumieniu wrażeń dotykowych jako zmysłu aktywnego. Nie rejestruje on po prostu pasywnych bodźców, ale integruje informacje podczas ruchu, stale korygując postrzeganie zgodnie z interakcją z otoczeniem.
Ludzie kontra roboty: wymowne porównanie
Badania nie ograniczają się do udziału ludzi. Równolegle naukowcy stworzyli zrobotyzowany system z przegubowym manipulatorem i czujnikiem dotykowym, imitującym rozmiary i ruchy ludzkiego palca. System ten wykorzystywał algorytmy uczenia maszynowego, w szczególności modele pamięci krótkotrwałej i długotrwałej, do interpretacji sygnałów.
Wyniki okazały się zaskakujące. Robot był w stanie wykrywać obiekty w podobnych, a nawet nieco większych odległościach, ale popełniał znacznie więcej błędów. Według artykułu, podczas gdy ludzie osiągnęli dokładność na poziomie 70,7%, system zrobotyzowany był w stanie osiągnąć jedynie około 40% z powodu dużej liczby fałszywych alarmów.
Porównanie to podkreśla ważną kwestię: wrażliwość to nie wszystko . Ludzki mózg wydaje się szczególnie dobrze rozróżniać rzeczywisty sygnał od szumu tła wytwarzanego przez piasek. W przeciwieństwie do niego algorytm miał tendencję do „widzenia” obiektów tam, gdzie ich nie było, co zmniejsza jego praktyczną użyteczność.
Nowe zmysł czy nowe rozumienie zmysłu dotyku?
Rozmowy o „siódmym zmysle” są kuszące, ale sami badacze zachowują ostrożność. W badaniu nie proponuje się dodania nowego zmysłu do klasycznej listy, a raczej rozszerza się zakres działania już znanego . W artykule przytoczono „ilościowe dowody wcześniej nieudokumentowanej zdolności dotykowej u człowieka”, sformułowanie pozwalające uniknąć niepotrzebnych sporów o dokładną liczbę zmysłów.
Chociaż zazwyczaj mówimy o pięciu zmysłach, nauka uznaje znacznie większą ich liczbę, a odkrycie to nie dodaje nic nowego, a raczej poszerza granice zrozumienia działania ludzkiego zmysłu dotyku . Zamiast działać tylko przy bezpośrednim kontakcie, zmysł dotyku może go wyprzedzać, gdy pozwalają na to warunki fizyczne.
Różnica ta ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania błędnym interpretacjom. Nie chodzi tu o percepcję pozazmysłową ani tajemnicze zdolności, ale raczej o to, jak organizm ludzki maksymalnie efektywnie wykorzystuje informacje dostępne w najbliższym otoczeniu.
Praktyczne zastosowanie i nowe pytania
Potencjalne obszary zastosowania badań są obiecujące, ale wyniki należy interpretować z ostrożnością . W dziedzinie technologii dane dostarczają interesujących informacji dla projektowania czujników dotykowych w robotyce, zwłaszcza w warunkach, w których wzrok jest zawodny, na przykład na piasku, błocie lub żwirze. Jednak same wyniki pokazują, że odtworzenie wydajności człowieka jest zadaniem nietrywialnym, ponieważ systemy sztuczne zazwyczaj wykrywają sygnały tam, gdzie nie ma rzeczywistego obiektu, co ogranicza ich zastosowanie poza laboratorium.
Zauważono również potencjał tych badań dla opracowania środków pomocniczych, na przykład dla osób z zaburzeniami wzroku. Jednak zastosowania te pozostają na razie hipotetyczne. Badanie nie ocenia rzeczywistych sytuacji ani złożonych zadań, a skupia się na ściśle kontrolowanym środowisku z powolnymi, powtarzalnymi ruchami. Każda praktyczna ekstrapolacja wymaga na razie znacznie większej liczby testów i różnych kontekstów.
Z naukowego punktu widzenia badanie porusza ważne kwestie, ale nie daje jednoznacznych odpowiedzi. Eksperyment przeprowadzono tylko z udziałem 12 młodych uczestników, co stanowi wystarczającą wielkość próby do wykrycia efektu w kontrolowanych warunkach, ale niewystarczającą do wyciągnięcia szerokich wniosków dotyczących populacji ludzkiej. Pozostaje do ustalenia, czy zdolność ta różni się znacząco między poszczególnymi osobami, czy zależy od zręczności rąk, wieku lub przygotowania, czy też pozostaje niezmienna przy użyciu materiałów innych niż suchy piasek stosowany w laboratorium.
Niezwykle ważne jest również określenie, w jakim stopniu wrażliwość tę można poprawić poprzez naukę, czy też stanowi ona fizyczne ograniczenie, które trudno pokonać. Samo badanie koncentruje się na bardzo specyficznym zadaniu — przesuwaniu palca ze stałą prędkością w ustalonym kierunku — co wyklucza wiele rzeczywistych sytuacji, w których ruch jest nieregularny, a otoczenie mniej przewidywalne.
Nawet biorąc pod uwagę te ograniczenia, praca ta ma oczywistą wartość: zmusza nas do ponownego przemyślenia głęboko zakorzenionego przekonania, że dotyk zaczyna się dopiero od bezpośredniego kontaktu. Dane pokazują, że w niektórych ziarnistych środowiskach ludzki system dotykowy może przewidywać kontakt z odległości kilku centymetrów — strefę graniczną między odczuciem a dotykiem, która do tej pory praktycznie nie była badana. Nie jest to nowe uczucie, ale znacznie poszerza ono wyobrażenie o tym, co uważano za możliwe.
