基于超声方法的仿生舌-腭摩擦特性研究及其在食品口腔加工中的应用

本研究创新性地将超声(US)技术集成于定制摩擦仪，通过监测压缩波飞行时间(ΔToF)与力/加速度信号的协同变化，揭示了人工舌粗糙度(20-140?μm)与甘油润滑膜(1-1400?mPa·s)对舌-腭界面摩擦振动(40-120?Hz)的影响机制，为解析食物质地感知的生物力学基础提供了新方法。

　　

Highlight
化学试剂
实验采用超纯水（Milli-Q? Direct系统制备）配制两种溶液：甘油（纯度≥99.0%）用于模拟牛顿流体类液态食品，聚乙烯醇（分子量89,000–98,000）用于制备具有人类舌乳头高度特征（20-140?μm）的低温凝胶仿生舌材料。

两种典型工况对比
基于前期研究（Glumac等，2023）中摩擦系数(F_T/F_N)的测试数据，本研究重点分析了混合润滑与弹性流体动力润滑两种典型工况。通过同步采集的加速度信号与超声反射波飞行时间(ΔToF)变化（峰值4.5-50.1?ns），揭示了界面振动事件（0.7-10.4?ns波动）与粘滑现象的关联性。

结论
本研究证实超声时差法(ΔToF)能有效捕捉仿生舌-腭摩擦过程中的机械振动信号（40-120?Hz带通滤波），其与力传感器和加速度计的协同分析，为理解舌机械感受器（敏感频率≤400?Hz）的刺激-感知转化机制提供了新视角。该方法未来可拓展至非牛顿流体及真实舌组织的动态摩擦研究。