Швидкість і механізм утворення щільного контакту шкіри з поверхнею предмета, який необхідно утримати в руці, сильно залежить від твердості і пружності цієї поверхні. Міжнародний колектив вчених детально досліджував динаміку формування такого контакту для поверхонь скла і силікону і пояснив, чому гумова вставка на ручці значно підвищує зручність її використання. Дослідження опубліковано в.
Для того щоб викрутка, рукоятка молотка або сокири не висковзували з пальців, на поверхні інструменту часто розміщують додаткові гумові накладки. Зазвичай механізм їх роботи пояснюють тим, що на маленьких масштабах поверхня шкіри, яка складається з кератину, є шорсткою і досить твердою, так що при контакті з твердим матеріалом дійсна площа зіткнення виявляється невеликою. У випадку ж з пружними і легко деформованими матеріалами утворюється контакт більшої площі, що призводить до збільшення тертя і більш надійного утримання предмета в руці. Однак раніше ці викладки підтверджувалися лише за допомогою макроскопічних експериментів і непрямих розрахунків.
У своїй новій роботі міжнародна група вчених, для того щоб вивчити динаміку освіти контакту пальців з поверхнями різних типів, вирішила використовувати аналіз відбитків пальців. Вчені вивчили зміну малюнка відбитка вказівного пальця при його контакті з полірованою скляною поверхнею (з твердістю більше кератину) і упругою поверхнею з силікону. Крім цього, дослідники виміряли зміну нормальної сили з боку пальця, розрахували дійсну площу контакту і ефективний коефіцієнт тертя.
Через приблизно хвилину після зіткнення зі шкірою площа контакту для обох типів поверхонь виявилася досить близькою, але динаміка процесів, що протікають протягом цієї хвилини, була досконалою різною. Якщо для деформованої силіконової поверхні контакт утворюється практично відразу (через приблизно секунду), то для гладкої твердої поверхні формування повного контакту відбувається значно довше (через пару десятків секунд). За словами вчених, ці відмінності пов'язані з тим, що механізм утворення контакту для твердих і м'яких поверхонь значно розрізняється.
Деформована поверхня з твердістю менша, ніж у кератина, сама підлаштовує свою форму і відразу утворює щільний контакт зі шкірою. У випадку ж з твердою поверхнею спочатку відбувається утворення нещільного контакту між нею і шкірою, а потім шкіра починає пітніти. Це призводить до набухання кератину і переходу його в більш м'який стан. У результаті щільний контакт утворюється за рахунок деформації поверхні шкіри.
Підсумковий результат в обох випадках є майже однаковим, але при захопленні твердого предмета на досягнення щільного контакту з ним потрібно значно більше часу. Оскільки при цьому на поверхні шкіри формується рідка плівка, коефіцієнт тертя все одно виявляється дещо меншим, і тому для утримання твердого предмета потрібне більше зусилля, ніж для утримання предмета з деформованою поверхнею. Втім, ці відмінності не надто суттєві.
Вчені відзначають, що твердість і пружність - далеко не єдині властивості, які визначають міцність контакту предмета з рукою, але, тим не менш, отримані ними результати будуть корисні як для аналізу передачі тактильної інформації в мозок, так і для розробки матеріалів для сенсорних екранів. Про те, як і чому відбитки пальців можуть використовуватися в смартфонах, наприклад для автентифікації, ми писали в цьому матеріалі.