دانشمندان یک حس مرموز در نوک انگشتان ما کشف کردند

وجود گونه‌های متفاوتی از پایانه‌های عصبی حسی در نوک انگشتان انسان باعث می‌شود توانایی شگفت‌انگیزی برای تشخیص اجسام پنهان‌شده در مواد دانه‌ای مانند ماسه داشته باشد. دست انسان دقتی بسیار بالاتر از یک حسگر رباتیک در این نوع تشخیص‌ها از خود نشان داده است و این می‌تواند الهام‌بخش نسل آینده ربات‌ها باشد.

پژوهش تازه‌ای نشان می‌دهد که انسان‌ها تا حدی دارای یک توانایی حسی اضافه هستند. دست‌های فوق‌حساس ما فقط با لغزاندن سطحی انگشتان بر روی ماسه یا ریگ می‌توانند وجود یک شیء دفن‌شده را تشخیص دهند. تشخیص حرکات بسیار جزئی بین ریزدانه‌ها هنگامی که چیزی زیرِ سطح آنها پنهان شده باشد، همان پدیده‌ای است که به آن لمس از راه دور گفته می‌شود. این پدیده یادآور شیوه‌ پرندگان آبزیِ ساکن ساحل است که برای یافتن شکار نوک خود را بر ماسه خیس می‌کوبند. به لطف انواع گوناگون گیرنده‌های عصبی در پوست، دست انسان حتی می‌تواند در این نوع حسگری با ربات‌ها رقابت کند.

حس لامسه انسان، به طور معمول، یک حس مجاورتی شناخته می‌شود، یعنی محدود به تماس مستقیم انگشتان با جسم است. اما لمس از راه دور امکان یافتن یک جسم مدفون را بدون تماس مستقیم فراهم می‌کند. هنگامی که ژنگ‌چی چِن، پژوهشگر دانشگاه کویین مری لندن، از افراد خواست انگشتان خود را روی ماسه حرکت دهند تا مکعبی مدفون را بیابند، مشاهده کرد که دقت تشخیص انسان‌ها با پرندگان ساحلی قابل مقایسه است. این پرندگان ساختارهای ویژه‌ای در منقار خود دارند که به کمک آن شکارهایی را که در ماسه پنهان شده‌اند احساس می‌کنند.

چِن و گروهش همچنین دریافتند که دست انسان از یک حسگر رباتیک که با یک الگوریتم آموزش دیده بود، دقیق‌تر عمل می‌کند. اگرچه حسگر رباتیک می‌توانست از فاصله دورتری وجود جسم را تشخیص دهد، اما نمی‌توانست به سطح موفقیت نوک انگشتان انسان برسد.

در پژوهشی که چن و همکارانش در مجله IEEE International Conference on Development and Learning منتشر کردند، آمده است که این توانایی لمسی در انسان و ربات تا حد زیادی ناشناخته مانده، در حالی که در حوزه‌هایی مانند کاوش رباتیک در باستان‌شناسی برای بازیابی اشیای تاریخی، مأموریت‌های اکتشاف دریایی و فضایی، و همچنین تشخیص اجسام در عملیات جست‌وجو و نجات پس از فجایع طبیعی اهمیت حیاتی دارد.

وقتی ماسه (یا هر ماده دانه‌ای دیگر) تحت فشار قرار می‌گیرد، ذرات آن که همواره در تماس‌اند، با یکدیگر برهم‌کنش کرده و فشار را از طریق نیروهای تماسی منتقل می‌کنند؛ اما در شرایطی ممکن است در وضعیتی قفل‌شده قرار گیرند و به حالتی نزدیک به جامد تبدیل شوند. این موضوع، بر قابلیت تشخیص اجسام تأثیر می‌گذارد، چون نیروهایی که در زیر سطح منتقل می‌شوند دچار اختلال می‌گردند.

در پسِ درک لمسی انسان، گیرنده‌هایی به نام مکانورسپتورها در پوست قرار دارند که به فشار، ارتعاش و نیروهای برشی حساسیت بسیار بالایی دارند. این نیروها معمولاً به‌صورت موازی با سطح ماده اعمال می‌شوند و اصطکاک ایجاد می‌کنند. مکانورسپتورها همچون مبدل‌هایی عمل می‌کنند که در اثر تعامل فیزیکی میان انگشت و ماسه (یا هر چیز دیگر)، این تعامل را به سیگنال عصبی تبدیل می‌کنند و آن سیگنال‌ها سرانجام به مغز امکان می‌دهند تا محیط پیرامون را درک کند. در بسیاری از موارد، لامسه مستلزم حرکت است. همین حرکت‌هاست که به انسان اجازه می‌دهد وجود اجسام مدفون یا کاملاً پوشیده‌ شده را تشخیص دهد. این توانایی برای باستان‌شناسان اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا جست‌وجوی آنها برای یافتن اشیای تاریخی غالباً نیازمند روش‌های کمتر تهاجمی است.

در آزمایش چِن، او مکعب‌های پلی‌استر را در جعبه‌های پلاستیکی قرار داد و آنها را با پوششی مات پوشاند تا امکان مشاهده بصری از بین برود، سپس مکعب‌ها را زیر ماسه خشک دفن کرد. در هر آزمایش، موقعیت مکعب‌ها برای جلوگیری از تکرار، به صورت تصادفی تغییر می‌کرد. هر داوطلب باید انگشت اشاره خود را از سوراخ روی درپوش جعبه عبور می‌داد و روی سطح ماسه حرکت می‌داد تا ببیند آیا می‌تواند محل جسم مدفون را تشخیص دهد یا نه. از شرکت‌‌کنندگان خواسته شده بود فشار را یکنواخت نگه دارند و سرعت حرکت خود را مطابق با نوار LED چشمک‌زن تنظیم کنند و فقط زمانی دست بردارند که تصور می‌کردند جسم موردنظر را یافته‌اند.

نتایج به‌دست‌آمده از انسان‌ها با نتایج حسگر لمسی رباتیکی که به طور اختصاصی ساخته شده بود مقایسه شد. با وجود آموزش حسگر رباتیک با یک الگوریتم LSTM، هنگامی که پژوهشگران آن را با همان فشار و سرعت انگشت انسان‌ها روی ماسه حرکت دادند، دقت آن تنها به ۴۰ درصد رسید؛ در حالی که دقت لمس از راه دور انسان نزدیک به ۷۱ درصد بود. به نظر می‌رسید ربات می‌توانست تشخیص دهد جسم در کجاست، اما نمی‌دانست کجا نیست. چِن اشاره کرد که در آینده می‌توان کارآیی سامانه‌های لمسی رباتیک را با ترکیب حسگری چندوجهی و یادگیری تطبیقی افزایش داد تا از تعداد اعلام حضورهای اشتباه کاسته شود و توانایی ربات‌ها بیش از پیش به سازوکار ادراک انسان نزدیک گردد.

پرسش درباره اینکه آیا انسان واقعاً دارای یک حس ششم است یا اینکه ماهیت این حس چه می‌تواند باشد، همچنان مورد بحث‌های علمی هستند. اما دست‌کم می‌دانیم که ما قادر به حس کردن بدون لمس مستقیم هستیم، و این خود پدیده‌ای شگفت‌انگیز است.