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Empreintes digitales : processeurs de signal pour le toucher
Elles peuvent sembler n'être rien de plus que de la décoration numérique, mais la biomécanique sait depuis longtemps que les empreintes digitales ont au moins une utilité : elles augmentent les frottements, améliorant ainsi l'adhérence. Il a également été suggéré que les empreintes digitales jouent un rôle dans la sensation du toucher. Une possibilité est que lorsqu'un doigt est déplacé sur une surface, chaque crête d'une empreinte digitale agit comme un petit levier, amplifiant la tension souterraine pour les terminaisons nerveuses situées en dessous.
Aujourd'hui, Georges Debregeas et amis de l'Université Paris 6 et 7 disent que ce n'est qu'une partie de l'histoire. En fait, le rôle que jouent les empreintes digitales dans le toucher est bien plus important et subtil qu'on ne l'imaginait.
Debregeas et amis disent qu'il semble que les crêtes et les verticilles des empreintes digitales filtrent les vibrations mécaniques d'une manière qui permet au mieux aux terminaisons nerveuses de les détecter.
Les mécanorécepteurs qui font ce travail sont appelés corpuscules de Pacini. Ils siègent aux extrémités des nerfs et sont responsables de la détection de la pression et de la douleur. Ces appareils peuvent détecter des vibrations sur une large zone de peau mais ne sont sensibles qu'à une gamme limitée de vibrations. En fait, les biologistes savent depuis un certain temps que les corpuscules de Pacini sont les plus sensibles aux vibrations à 250 Hz.
Alors, comment les doigts génèrent-ils ce genre de vibration ? Les biologistes ont toujours supposé que les humains pouvaient contrôler la fréquence des vibrations de la peau en modifiant la vitesse à laquelle un doigt se déplace sur une surface. Mais il y a peu de preuves que les gens fassent réellement cela et la découverte de l'équipe de Paris devrait rendre cette vue obsolète.
Debregeas et co ont étudié ce problème à l'aide d'un cyber-doigt qu'ils ont construit dans leur laboratoire, doté d'empreintes digitales synthétiques à la même échelle que celles de l'homme et d'un capteur microélectromécanique qui mesure la force avec une résolution spatiale de quelques millimètres. Ce qu'ils ont trouvé est étonnant.
Ils disent que les empreintes digitales résonnent à certaines fréquences et ont donc tendance à filtrer les vibrations mécaniques. Il s'avère que leur fréquence de résonance est d'environ 250 Hz. Quelle étonnante coïncidence !
Cela signifie que les empreintes digitales agissent comme des processeurs de signaux, conditionnant les vibrations mécaniques afin que les corpuscules de Pacini puissent les interpréter au mieux. C'est ce processus d'optimisation qui nous permet de détecter des textures avec une résolution spatiale bien inférieure à la distance entre les corpuscules de Pacini dans la peau.
Cela ne devrait surprendre personne qui a suivi les développements de la robotique au cours des dernières années. Il y a une prise de conscience croissante que la puissance de traitement du système nerveux, y compris le cerveau, ne peut tout simplement pas gérer le volume de calculs numériques qui doit être fait pour garder un corps vivant sur la route.
Au lieu de cela, il semble de plus en plus clair que le cerveau sous-traite une grande partie de ce travail au corps lui-même : aux articulations, aux ligaments, aux muscles, à la peau, etc. Comprendre comment ces matériaux effectuent tout ce traitement fait de la science des matériaux une branche de l'informatique. Il a même un nom : l'informatique morphologique.
Ce travail de Debregeas et amis est un autre exemple de calcul morphologique et il serait intéressant de voir un traitement de ce problème du point de vue de la théorie de l'information.
Ce travail sur les empreintes digitales devrait avoir des implications importantes pour notre compréhension du toucher. Cela devrait également aider au développement de meilleures prothèses et peut même aider à donner aux robots un meilleur sens tactile qui leur est propre.
Des choses utiles donc, des empreintes digitales.
Réf : arxiv.org/abs/0911.4885 : Le rôle des empreintes digitales dans le codage des informations tactiles sondées avec un capteur biomimétique