手指皮膚摩擦感知功能研究.pdf

1、人體皮膚內(nèi)部分布著多種機(jī)械刺激感受體和感覺神經(jīng)末梢，是人類觸覺感知的重要工具。人體的觸覺感知過程非常復(fù)雜，而摩擦運(yùn)動(dòng)在此過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。手指觸摸物體時(shí)指尖與物體之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使指尖皮膚受到壓縮、拉伸、牽扯等機(jī)械變形，誘發(fā)位于皮膚內(nèi)部的機(jī)械刺激感受器產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作電位，把包含物體表面物理特性的脈沖信號(hào)通過神經(jīng)系統(tǒng)傳遞到大腦皮層從而產(chǎn)生感覺，從而感知外界物體的幾何形狀、表面紋理等特性，因此手指的滑動(dòng)摩擦對(duì)人體感知外界環(huán)境具有重要意

2、義。
　　本文以人體觸覺感知最為靈敏的指尖部位為研究對(duì)象，采用UMT-Ⅱ多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，通過兩組實(shí)驗(yàn)分別研究了六名受試者的右手食指皮膚對(duì)具有規(guī)則紋理間距的木棒以及具有不同粗糙度的砂紙兩類樣品的摩擦觸覺感知狀況，將人體主觀感受與所采集的摩擦信號(hào)以及人體腦電波信號(hào)相結(jié)合，揭示了人體觸覺感知的一些基本機(jī)理和規(guī)律，得到主要結(jié)論如下:
　　1.實(shí)驗(yàn)過程中觸摸力、樣品的紋理間距、接觸介質(zhì)及木棒直徑等均會(huì)對(duì)受試者判斷木棒數(shù)目造成影響

3、。隨著對(duì)手指施加的法向力及樣品紋理間距的逐漸增大，受試者判斷的準(zhǔn)確性逐步提高，手指摩擦感知能力增強(qiáng);指尖與樣品之間涂抹了具有潤(rùn)滑作用的介質(zhì)洗潔精之后會(huì)減小手指皮膚與樣品間的摩擦力，從而降低了受試者感知判斷的準(zhǔn)確性;對(duì)于具有不同木棒直徑的兩組實(shí)驗(yàn)樣品而言，直徑較大的一組引起的指尖皮膚變形量較大，摩擦感知靈敏性更高。
　　2.不同粗糙度的砂紙對(duì)受試者腦電波波動(dòng)程度以及對(duì)粗糙度感知的主觀評(píng)定結(jié)果產(chǎn)生不同影響。隨著觸摸樣品粗糙度的增大，指

4、尖皮膚與樣品間的摩擦力和摩擦系數(shù)增大，且隨著觸摸樣品粗糙度的增加，受試者腦電波波幅增大，腦電波高幅值波峰數(shù)目亦明顯增多;人體對(duì)粗糙度的感知能力與指尖皮膚所受的摩擦狀況以及對(duì)應(yīng)的腦電波反應(yīng)之間都具有相關(guān)性，指尖皮膚的摩擦系數(shù)、左右腦的腦電波波幅值和高幅值波峰數(shù)可以作為實(shí)驗(yàn)中的評(píng)價(jià)指標(biāo)，用以表征皮膚摩擦感知實(shí)驗(yàn)中對(duì)不同粗糙度的感知狀況。
　　3.采用軟件MATLAB和SIMCA-P分別以嶺回歸和偏最小二乘回歸兩種回歸分析方法建立了指尖