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方向性力回饋的觸控! Tactile Display With Directional Force Feedback

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・2012/07/16 ・216字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 478 ・五年級

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觸控螢幕已經變成很一般的輸入裝置,但是觸感的回饋目前除了一般的震動以外並沒有辦法提供使用者更多的資訊。

下面的影片介紹利用馬達跟線動的方式,以四條線拉動螢幕,使螢幕可以平移,對觸控螢幕可以產生有方向性的震動。展示的程式為當有小球從不同方向撞擊到時,可以用手直接感覺撞擊的方向,這樣的技術能給手指直接的觸覺資訊,不管是游戲、空間導航與盲人電腦界面都能應用此技術!

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牽手給你滿滿悸動?那要感謝皮膚下的神經網絡──《觸覺不思議》
PanSci_96
・2017/06/29 ・2898字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

  • 【科科愛看書】我們是如何認識世界的呢?除了眼睛、鼻子、耳朵,我們居然也可以用皮膚來「看」或「聽」!在觸覺的力量下,絨毛毯讓你更安心、熱奶茶讓你變溫暖,這到底是什麼神奇魔法!?踏入《觸覺不思議》的世界,從觸感遊戲、感官實驗及最新研究,重新為你定義感官,讓你大開皮膚界(?)

觸感好難捉摸?看看科學怎麼說

到目前為止,我們都沒有明確定義何謂觸感,在此先為大家進行概念的整理。一般而言,皮膚感覺即稱「觸覺」;相對於此,本書所謂的「觸感」,則偏向指稱經由觸摸而產生的主觀體驗

本書的「觸感」指稱經由觸摸而產生的主觀體驗。圖/By Pixabay @ pexels, CC0 License

老實說,在這個定義下的「觸感」,是科學難以駕馭的對象。重視客觀性的科學,並不善於處理「我所感受到的感覺」這種無法具體呈現的主觀感受。科學處理的是皮膚、神經、大腦、語言表徵、行為等,所有人都能觀察到的外在世界。雖然將主觀量化的心理學法則也日益發達,但主觀的體驗與客觀的科學之間,還是存在著一道無法跨越的藩籬。

科學的觸手之所以不容易伸進觸感的領域,除了因為觸感是主觀的感受,另一項理由就是因為我們所感受到的觸感實在太多樣了。

觸感的生成並非僅來自皮膚的感覺(觸覺),其他的五感(視覺、聽覺、嗅覺、味覺)或甚至語言、記憶等高階認知功能,都會和觸覺結合,生成獨一無二的觸感印象。

觸感的生成並非僅來自皮膚的感覺,其他的五感或甚至語言、記憶等高階認知功能,都會和觸覺結合,生成獨一無二的觸感印象。圖/取自《觸覺不思議

關於這個部分,後續會按部就班地說明,不過在那之前,我們先來看看本文要介紹的──觸感形成的根源「觸覺」的運作機制吧。

即使是單細胞生物的草履蟲,都擁有感知細胞膜受到接觸、溫度變化或化學物質等廣義的觸覺。透過觸覺這種生物史上最早出現的感覺之運作,我們將帶領各位一窺人類認識外界的、這令人驚嘆的系統一隅。

體內體外,感覺其實不太一樣

相較於其他五感,觸覺有幾項獨有的特徵,其中之一是獲得感覺的部位不像眼睛或耳朵,而是分布於全身上下。皮膚的總面積為 1.6 至 1.8 平方公尺(約一張榻榻米大),重量約為三公斤。全身上下的表皮不僅是人體最大器官,更是感受觸覺的界面。

除了皮膚感覺,人類還有另外二種以全身接收的感覺。一種是「胃痛」、「肚子餓」等感受內臟狀態的「內臟感覺」,另一種是感受肌肉、肌腱、關節位置或運動的「本體感覺(深部感覺)」。

由於本體感覺皮膚感覺相互關聯,因此我們平常不太能夠區別這二種感覺,大多體驗為同一種感覺。也因為如此,這二種感覺也被合稱為「體感覺」。

相較於其他五感,觸覺有幾項獨有的特徵,其中之一是獲得感覺的部位不像眼睛或耳朵,而是分布於全身上下。圖/取自《觸覺不思議

問題來了,如果視覺感受的是光,聽覺感受的是聲音,那麼觸覺感受的是什麼呢?

最簡單的概念來說,就是皮膚的變形。說得更明確一點,就是位於皮膚底下末梢神經前端的觸覺感受器,會感受到由壓力或振動所造成的細胞變形。

薄薄一層皮,竟藏著五花八門的觸覺感受器

身體的觸覺感受器依功能不同,可分成數種類型。

最原始的觸覺感受器是「游離神經末梢」,由感覺神經分支而成,廣泛分布在皮膚內。游離神經末梢能夠感受到痛覺、溫度或癢,但也會對外力接觸造成的壓力有反應。尤其是纖細的感覺神經 C 纖維對熱、壓力及化學物質都會有反應,因此又稱「多類型感受器」。這種神經負責的是痛、冷,還有舒適等感覺,目前可知的是,當我們用軟毛刷子緩緩刷過毛髮生長部位的皮膚(亦稱「有毛部」)時,C 纖維便會有所回應。

在游離神經末梢當中,也有一種類型會纏繞著毛根。毛會發揮槓桿般的作用,當有外力接觸到毛的尖端,毛根部的神經就會敏銳地察覺到受力。老鼠的全身幾乎被毛所覆蓋,牠們的毛根部就分布著二種游離神經末梢,和一種較粗的感覺神經,因此可以第一時間察覺任何風吹草動。

其次介紹更高階的觸覺感受器,是一種由粗的感覺神經所傳導,並附著在該神經前端的特殊構造(又稱「機械性受器」)。目前為止已經發現四種類型的感受器,這四種類型有何差異呢?就是主要負責的振動頻率不同。

舉例而言,負責感受形狀凹凸不平、表面的邊緣,或者受到輕輕按壓的壓覺的是「默克細胞」。感覺像拍手這種速度的振動,或是「咻」的滑過去的光滑感,是由「梅斯納氏小體」負責回應。這二種類型又以手指的分布密度最高。

位於皮膚深層的「巴齊尼氏小體」則對更細微的振動,例如砂紙的粗糙感或芒草穗子的顆粒感,會產生敏銳的反應。最後一種「魯斐尼氏末梢」據說對皮膚的牽張有反應,但關於其解剖學上的理解或如何透過神經傳導觸覺刺激的機制,目前仍所知甚少。

身體的觸覺感受器依功能不同,可分成數種類型。圖/取自《觸覺不思議

如果光憑原始的感覺神經(游離神經末梢),即使能夠知道自己正在被觸摸,也無法進一步辨別接觸到的東西是什麼形態,不過有了這四種特別的觸覺感受器,即可鎖定對象的特徵,因此據推測這些應該是在生物演化史上後期才出現的觸覺感受器。

想觸摸世界,只有一種感受器可不夠

我(仲谷)曾在 2014 年與哥倫比亞大學的馬場欣哉博士、艾倫.蘭普金(Ellen A. Lumpkin)博士等人,共同投入一項探討細胞構造的研究,並證實被外力輕壓的訊息會透過神經傳導1。這件事早在 1875 年,就已由德籍解剖學家默克(Friedrich Sigmund Merkel)提出假說,但直到約一百四十年後,才首度獲得科學證實。

前面談論的都是有關皮膚可以察覺到細胞的變形(壓力、振動或滑動)一事,但皮膚底下還有其他可以感受到溫度(冷與熱)的感覺神經。此外,皮膚也有傳導痛、癢的感覺神經,不過我們認為這二種與構成可以感受物體材質的「觸感」的神經是不同的類型,因此在本書所占的篇幅較少。

感受細胞變形的感受器,與感受溫度的感受器──觸覺感受器大致上可以分成這二種。擁有這二種感受器,我們才能感覺到橘子皮的濕潤與顆粒感,或是像絲綢一般涼爽而光滑的感覺,仔細想想,不覺得很奇妙嗎?這種奇妙不僅來自皮膚的感受器,更結合了觸摸的動作,或是觸覺以外的五感等各種要素。

接下來,就一起探索全身上下的觸覺感受器與您自己所感受到的「感覺」之間,究竟存在著什麼奧祕吧。

參考資料:

  1. Maksimovics S, Nakatani M, Baba Y, Nelson AM, Marshall KL, Wellnitz SA, Firozi P, Woo SH, Ranade S, Patapoutian A, Lumpkin EA, Epidermal Merkel cells are mechanosensory cells that tune mammalian touch receptors. Nature, 509(7502):617-21, 2014

 

 

本文摘自《觸覺不思議 : 從觸感遊戲、感官實驗及最新研究,探索你從不知道的觸覺世界》,臉譜出版。

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你的咖啡溫暖了我的心,才知道觸覺竟是看人的依據?──《觸覺不思議》
PanSci_96
・2017/06/28 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

  • 【科科愛看書】我們是如何認識世界的呢?除了眼睛、鼻子、耳朵,我們居然也可以用皮膚來「看」或「聽」!在觸覺的力量下,絨毛毯讓你更安心、熱奶茶讓你變溫暖,這到底是什麼神奇魔法!?踏入《觸覺不思議》的世界,從觸感遊戲、感官實驗及最新研究,重新為你定義感官,讓你大開皮膚界(?)

一杯熱咖啡就能影響你對人的判斷?

2010 年,一篇刊載在美國《科學》(Science)期刊上的論文,對追求「觸感」的我們帶來衝擊。耶魯大學的約翰.巴奇(John Bargh)博士的研究團隊證實,我們的思考會受到觸感影響1。雖然我們相信自己是根據自己的意志判斷眼前的事物,但巴奇博士等人卻提出違反這項直覺的實驗結果。

他們在實驗中讓受試者看陌生人的肖像照並評斷其人格。受試者已事先被分為二組,一組供應的是熱咖啡,另一組則供應冰咖啡。

好了,你認為結果如何呢?事先拿到熱咖啡的人比拿到冰咖啡的人,有更高的機率判斷照片裡的人是「溫暖的人」。因為手心接觸到的物體溫度,影響到他們對照片中人物的人格判斷。

天氣冷來杯熱熱的咖啡,那你知道它竟然也影響你判斷人了嗎?圖/By Kaboompics // Karolina @ pexels, CC0 License

巴奇博士的研究團隊又進一步設計出另一項有關溫度感覺與信賴關係的實驗2。他們在這項實驗中讓受試者進行投資遊戲,並在受試者左手的掌心上放置冰冷的物品或溫熱的物品。結果受試者在受到冰冷的溫度刺激情況下,投資額會變少。這也就是說,手一冷,心似乎也跟著變冷似地,對他人的信任度便隨之下降。

軟綿綿的沙發,融化你的心房

影響判斷的不只是溫度而已。根據某項實驗顯示,請對方入座展開交涉時,讓對方坐柔軟的沙發比坐硬邦邦的椅子,更容易使對方答應我們的要求。看來柔軟的觸感似乎能讓對方的態度「軟化」。

還有另一項實驗是讓實驗參加者扮演面試官的角色,其中用來夾履歷表的板夾,又分成重的與輕的二種。結果拿到重板夾的那一組,傾向於把求職者判斷為更重要的人物。

身體承受的溫暖、柔軟、重量等觸感,並不是隨時隨地都會引起注意,然而我們似乎還是會在不知不覺間,在觸感的刺激下作出決策。這個所謂具身認知科學的研究領域,近年正如火如荼的發展中。

為什麼觸感會影響判斷呢?有這麼一項假說:以「寒冷」為例,當人體受到寒冷的刺激時,主掌價值判斷的大腦扁桃體會做出回應,而由於「寒冷」有可能對生命造成威脅,因此大腦會判斷這是危險訊號,進而對於寒冷刺激物產生躲避的行動。據推測可能就是這個原因,造成「不信任對方」的結果。

「寒冷」有可能對生命造成威脅,因此大腦會判斷這是危險訊號,進而對於寒冷刺激物產生躲避的行動。據推測可能就是這個原因,造成「不信任對方」的結果。圖/By Unsplash @ pexels, CC0 License

人與人相處,其實離不開觸覺

在此稍微岔個題, 咖啡的「 溫暖」與評斷人格時的「溫暖」,兩者使用的雖然是相同的形容詞,但後者是用來表達抽象概念的比喻手法(隱喻)。沙發的「柔軟」與人的態度的「柔軟」、板夾的「重量」與人物的「重要性」(使用的都是「重」這個字)⋯⋯諸如此類,在我們用來表示人際關係的用字遣詞中,隨處可見觸感的蹤跡。

再來找找看其他日常生活中頻繁使用卻不自覺的觸感比喻吧。「乾」、「滑」、「輕」等觸感,聽起來也像是在表達某些類型的人格。米蘭.昆德拉(Milan Kundera)的小說《生命中不能承受之輕》,則是以「重量」的觸感進行轉喻的例子。我們藉由身體所承受的觸感,理解自己與他人之間的關係,而這同時也反應在語言表徵裡。

參考文獻:

  1. Ackerman Jm, Nocera CC, Bargh JA, Incidental haptic sensations influence social judgments and decisions. Science, 328(5986):1712-5, 2010
  2. Kang Y, Williams LE, Clark MS, Gray JR, Bargh JA, Physical temperature effects on trust behavior: the role of insula. Soc Cogn Affect Neurosci, 6(4):507-15, 2011
  3. Ackerman JM, 2010 et al. 2010

 

 

本文摘自《觸覺不思議 : 從觸感遊戲、感官實驗及最新研究,探索你從不知道的觸覺世界》,臉譜出版。

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全宇宙速度最快波霎星現身了?
臺北天文館_96
・2012/07/15 ・1519字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 532 ・七年級

有了錢卓太空望遠鏡、XMM-牛頓太空觀測站和地面上的澳洲Parkes電波天文台的三管齊下,全宇宙移動速度最快的波霎可能已經現身!

「速度最快波霎」的記錄可能已經刷新,證據就在這張合成影像中,分別是錢卓太空望遠鏡的X射線(綠色),XMM-牛頓X射線觀測衛星(紫色)和已疊加了2MASS二微米巡天觀測及DSS數位巡天計畫在一起的紅外線/可見光波段的(白色)。

XMM-牛頓觀測衛星所見的大區域瀰散狀X射線,是一顆大質量恆星在發生超新星爆發時,現場所留下的大片殘骸所產生的,也就是正式名稱為SNR MSH 11-61A的超新星遺跡。超新星爆發產生衝擊波,加熱週圍附近氣體,溫度高達幾百萬K,也使得超新星殘骸在X射線波段發出明亮的光。

右上角標示”Chandra Close-up”的局部放大圖框中,看到的是一個位置在超新星殘骸範圍外,形狀像彗星的X射線源,這個X射線源由一個點狀天體拖著一條長度達3光年的尾巴共組而成。遺骸區附近的明亮恆星,包括位置正好在SNR MSH11-16A殘骸區裡的恆星,應該都是前景星,與超新星遺跡本身無關。

由於圖中這個綠色點狀X射線源是由國際γ射線天文物理實驗室(INTEGRAL, International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory)發現的,所以命名也是以IGR起頭,稱為IGR J11014-6103 (或短名: IGR J11014)。它可能是一顆快速自旋、密度超高的恆星 (也是中子星的一種,另一別稱則叫「波霎」) ,它在爆發時被彈出,這麼一來,它便以超新星遺跡的中心為起跑點,開始用高達幾百萬公里的時速向外狂奔。

關於X射線輻射尾端的形成機制,目前有一個大家比較能接受的解釋是:波霎所生的高能粒子風,波霎星風,是高能粒子因波霎的高速所產生的弓形震波的緣故而掃向後方。(有類似的另一個例子: PSR B1957+20)

這個被拉長了的X射線源是具有方向性的,它指向了MSH 11-61A,同時那也應該是原來波霎形成的位置所在,因為這個特徵,所以錢卓望遠鏡所觀測到的這個影像應是由波霎星風和弓形震波共同組成的這個觀點獲得了支持。錢卓望遠鏡觀測到的影像還有另一個有趣的特徵,並且XMM-牛頓觀測衛星也同樣觀測到了一樣的現象:在X射線波段裡,有個微弱的X射線尾朝右上方延伸。成因不明,不過並非首次看到波霎尾巴和波霎本身運動方向不一的現象。

從較早的觀測結果估計,圖像中的這個MSH 11-61A應該有15,000歲,它的位置距離地球3萬光年遠。有了這些數值,再合併考量IGR J11014是來自MSH 11-61A的中央,其中間所經過的距離,天文學者估計而得出:IGR J11014的移動速度,時速大約等於870公里到1,040公里左右。

另一顆同樣伴隨在超新星殘骸區域附近出現的中子星,速度上又能和IGR J11014一較高下者,僅剩下G350.1-0.3而已,估計時速大約是480公里到970公里。

這兩者所擁有的速度雖高,不過都只是天文學者暫時性的預估所得,必須進一步查證才行,如果獲得確認的話,那麼,解釋中子星為什麼會以這麼高的速度移動,將會對既有的超新星爆發理論帶來新挑戰。

在做成結論並且確認「IGR J11014是所有波霎當中腳程最快的『飛毛腿』第一名」之前,還有一項特別聲明:請注意CSIRO的Parkes地面電波望遠鏡說,它尚未獲得和該中子星有週期性轉動的相關偵測結果。但是,以一個距離我們有3萬光年那麼遠的波霎而言,「偵測不到」其週期性轉動,卻並不叫人意外。

還好有其他證據確實能支持所觀測到的是一顆波霎沒錯。首先第一號證據是,相對於X射線源,光學或紅外線波段取得的影像並沒有這個物體-因為波霎這類天體在這些波段裡訊號通常相當微弱。同時,兩相比較XMM-牛頓觀測衛星於2003年的觀測以及錢卓太空望遠鏡在2011年的觀測,兩者在亮度上都沒有出現明顯的變化,這正符合一顆波霎應有的行為模式。最後還有一項證據是,分析X射線源光譜在能量中所留的訊跡,那也和天文學家認定為波霎的一些特徵相符合。

上述研究成果獲刊於2012年5月10的Astrophysical Journal Letters。

資料來源:中研院天文網[201207.06]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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