О блокировках  |  На основном сайте Граней: https://graniru.org/Society/Science/m.78115.html

статья Математики научились создавать отпечатки пальцев

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 13.10.2004

Цветом обозначена степень сжимающего напряжения (белый - наибольшее сжимающее напряжение, черный - наименьшее), это позволяет предсказывать области, где ребра сформируются в первую очередь. Изображение из Europhys. Lett. с сайта PhysicsWeb

Как известно, каждый человек на Земле является обладателем своего уникального и неизменного набора отпечатков пальцев, что позволяет, в частности, однозначно идентифицировать следы преступников, "отметившихся" на месте преступления. Эту особенность человеческой физиологии криминалисты уже давно научились использовать в интересах следствия, однако, как ни странно, ученым до сих пор был непонятен конкретный механизм формирования этих прихотливых папиллярных линий. Теперь два математика-прикладника из США разработали модель, которая позволяет успешно воспроизводить характерные структуры отпечатков пальцев из реальной жизни. Полученные результаты могут найти свое применение в криминалистике.

Человеческая кожа состоит из нескольких основных слоев, включая самый верхний, постоянно обновляющийся эпидермис, внутреннюю дерму и некую особую промежуточную очень важную структуру - базальную мембрану. На базальной мембране находится слой зародышевых клеток, которые непрестанно делятся, обеспечивая обновление кожи. Среди зародышевых клеток располагаются крупные отросчатые клетки - меланоциты и клетки Лангерганса. Меланоциты производят гранулы пигмента меланина, который придает коже определенный оттенок, от золотистого до темного или даже черного.

Предполагается, что линии на подушечках пальцев возникают за счет напряжений в растущих слоях кожи в то время, когда мы еще находимся в материнской утробе. Развитие уникального "отпечатка пальца" начинается, когда плоду приблизительно десять недель и зародышевые клетки базальной мембраны начинают расти быстрее, чем клетки эпидермиса или дермы. Это ведет к росту напряжения в базальном слое, в результате чего создаются ребра на поверхности кожи. Такое объяснение было предложено еще в 1920-х гг. норвежской исследовательницей Кристиной Бонневи (Kristine Bonnevie), однако впоследствии было забыто.

Теперь Михаэль Кюкен (Michael Kücken) и Алан Нюелл (Alan Newell) из Аризонского университета (Applied Mathematics at the University of Arizona) создали математическую модель, в которой базальный слой представлен упругой пластиной, заключенной между эпидермисом и дермой, которые в свою очередь моделируются с помощью пластов, являющихся источниками слабых нелинейных скачков. Вследствие дифференциального роста и того обстоятельства, что на слои наложено сжимающее напряжение, постоянно растущее в "пластине", которая представляет собой базальный слой, рано или поздно развивается неустойчивая деформация. Ученые проанализировали этот процесс, минимизируя полную эластическую тягу в получившейся системе. Получается, что граничные силы, продуцируемые в складках пальцев и у ногтей, являются главным источником напряжения в кончиках пальцев развивающегося плода. Напряжение возникает как на кончиках пальцев, так и на подушечках ладоней - и тогда начинают формироваться "отпечатки пальцев", представляющие собой ребра, перпендикулярные направлению приложенных сил.

Кюкен и Нюелл отмечают, что формирование трех основных структур отпечатков пальцев, известных в криминалистике как дуги, петли и завитки, связано с геометрией подушечек при их сжатии. Предыдущие исследования уже показали, что сильно округленные подушечки дают завитки, а, к примеру, уплощенные подушечки производят дуги. Аризонские математики теперь смогли воспроизвести эти структуры с помощью компьютерных симуляций. Далее они планируют сосредоточиться на дефектах в этих структурах, включая оконечности ребер и их разветвления, которые принципиально важны для идентификации отпечатков пальцев.

На иллюстрации:
Цветом обозначена степень сжимающего напряжения (белый - наибольшее сжимающее напряжение, черный - наименьшее), это позволяет предсказывать области, где ребра сформируются в первую очередь. Изображение из Europhys. Lett. с сайта PhysicsWeb

Источник:
Fingerprint model makes an impression - PhysicsWeb

Ссылки:
Строение кожи - А.Марголина, Е.Эрнандес
Основы антропологии с элементами генетики человека - П.Липатов, Л.Липатова
Типы и виды папиллярных узоров
Программа генерации искусственных отпечатков пальцев

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 13.10.2004


новость Новости по теме