Нові експерименти показали, що люди здатні відчувати об’єкти, заховані під шаром піску, не торкаючись їх безпосередньо. Учасники успішно визначали місцезнаходження кубів, прихованих у піску, із точністю близько 70%.
Це відкриття свідчить, що люди можуть сприймати слабкі коливання тиску в сипких матеріалах – подібно до деяких прибережних птахів, які відчувають здобич під вологим піском. Дослідники порівняли результати людей із роботизованою системою, навченою виконувати ту саму задачу, і з’ясували, що людське сприйняття все ще перевершує штучні алгоритми у виявленні найтонших фізичних сигналів.
Природа “дистанційного дотику”
Дослідження очолила Елізабетта Версаче, старша викладачка психології в Лондонському університеті королеви Марії. Її робота зосереджена на тому, як мозок виділяє структуру зовнішнього світу за допомогою вроджених і набутих правил.
“Дистанційний дотик” базується на фізиці гранулярних середовищ – систем з окремих частинок, таких як пісок чи сіль. Коли об’єкт рухається поблизу похованого предмета, зерна зміщуються, створюючи хвилі тиску, що розповсюджуються назовні.
Подібні механізми описані біологами у птахів. Класичне дослідження показало, що кулики (red knots) виявляють здобич під піском, сприймаючи градієнти тиску за допомогою спеціальних рецепторів на кінчиках дзьобів.
Будова середовища може знижувати цю здатність: наприклад, коріння морської трави послаблює поле тиску, зменшуючи ефективність пошуку. Також вологість середовища посилює “дистанційний дотик” у птахів.
Людина проти робота
Учасники експерименту проводили кінчиком пальця по піску, намагаючись визначити момент, коли вони “відчувають” прихований куб, не торкаючись його. Моделювання показало, що коливання піщинок утворюють слабкі механічні відбиття, які сприймаються дотиком. Результати виявилися вражаючими: люди досягли 70,7% точності, визначаючи об’єкти на відстані приблизно 6,9 см (2,7 дюйма).
Паралельно команда протестувала роботизовану систему з тактильним сенсором на механічній руці UR5, навченою методом LSTM (Long Short-Term Memory). Хоча робот іноді “відчував” об’єкти на трохи більшій відстані, він часто помилявся — середня точність склала близько 40%.
Обидві системи наблизилися до фізичної межі виявлення, але людські руки продемонстрували кращу здатність розрізняти справжні сигнали від шуму.
Потенційні застосування
“Це перше дослідження дистанційного дотику у людей, і воно змінює наше уявлення про сприйняття світу,” — зазначає Версаче.
Здатність зчитувати слабкі механічні сигнали в сипких середовищах може підвищити точність і безпеку під час польових робіт.
Інженери вже експериментують із роботами, здатними локалізувати об’єкти у щільному піску за контактними силами. Якщо вологість підсилює сигнал, як у птахів, то “розумні” сенсори можуть автоматично адаптувати силу, швидкість і частоту рухів до умов середовища. Такі технології можуть знайти застосування в археології, криміналістиці та планетології, де візуальні методи обмежені.
Приховані відчуття в еволюції
Хоча цей феномен здається новим, подібні сенсорні механізми існують у багатьох видів.
- У риб бічна лінія дозволяє відчувати коливання тиску у воді.
- У ссавців вуса реагують на рух повітря й текстуру поверхонь.
Виявляється, люди не повністю втратили цю здатність — наша нервова система, ймовірно, все ще може інтерпретувати тонкі фізичні сигнали навіть без спеціалізованих органів.
Це означає, що “дистанційний дотик” може бути не новим еволюційним набутком, а сплячою здатністю, глибоко вкоріненою в людській сенсорній системі.
Подальші дослідження
Наступним кроком стане вивчення інших гранулярних середовищ — ґрунту, пластикових гранул чи пилу — адже розмір зерен і тертя можуть змінювати сигнал. Науковці також планують змінювати швидкість руху пальця, форму об’єкта та інші параметри, щоб визначити межі “рецептивного поля” дотику.
Покращене навчання роботів, що поєднує фізичне моделювання з реальними експериментами, може скоротити кількість помилкових сигналів.Людей також можна трен увати, щоб підвищити чутливість до слабких тактильних стимулів — це може стати важливим для хірургів, техніків і рятувальників, які працюють на дотик у складних умовах.
Дослідження опубліковане в журналі IEEE Xplore.