Главная Общество Наука

Математики научились создавать отпечатки пальцев

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

Статья

Математики научились создавать отпечатки пальцев

Отпечатки пальцев криминалисты уже давно привыкли использовать в интересах следствия, однако, как ни странно, ученым до сих пор был непонятен конкретный механизм формирования прихотливых папиллярных линий. Теперь американские математики смогли воспроизвести эти структуры с помощью компьютерных симуляций.

Статья

Отдай мою руку

20 августа 1989 года прогулочный катер столкнулся в Темзе с драгером и затонул. Погиб 51 человек. Судебно-медицинский эксперт Пол Напмэн разрешил своим подчиненным отрубить кисти рук у 25 погибших, чтобы идентифицировать их по отпечаткам пальцев.

Статья

Идеальное убийство

Источником тошнотворного запаха оказалось наполненное застывшим цементом корыто, причем поверхность цемента была вымазана краской, идеально маскировавшей спрятанный в зарослях предмет. Цементный покров вскрыли. Под ним оказался полуразложившийся труп, идентифицировать который не составило труда: это был Дуглас Бентон.

Статья

Детская порнография, отягченная убийством

Дэвид Вестерфилд признан виновным в похищении и убийстве семилетней Даниэль ван Дам. Вердикт объявлен в судебном заседании в Сан-Диего в среду, 21 августа. Чтобы прийти к единогласному решению, жюри потребовалось более девяти дней, в течение которых присяжные заново изучили ключевые улики и свидетельства по этому исключительно сложному делу.

Статья

Кровавые тайны чудаковатого миллионера

Современная криминалистика способна найти преступника по волосу, установить причину смерти хоть египетской мумии, собрать бесспорные улики, которые и не снились сыщикам классического детектива. Одного она не может – объяснить мотивы преступления. Причудливая двойная жизнь Роберта Дарста, - американского богача, подозреваемого в нескольких убийствах, - не укладывается в нормы обычной логики. Он вел себя эксцентрично и иррационально, сбивая с толку следователей. Круг замкнулся. Его скорее всего осудят, но не факт, что при этом будет раскрыта тайна его жизни.
Подробности в очерке Владимира Абаринова (Вашингтон).

Статья

Мертвецы получили возможность лично обвинять своих убийц в суде

Реконструкции внешнего облика жертв преступлений по найденным скелетам (а также, вероятно, и исторических деятелей, останки которых обнаружены в ходе археологических раскопок) в самое ближайшее время станут не только гораздо оперативнее, но и более жизнеподобными. Новая программа, использующая трехмерную графику, не только ускоряет кропотливый процесс воссоздания лиц по сохранившимся черепам, но также позволяет мертвецам довольно реалистично изображать эмоции - хмуриться или улыбаться.

Статья

В растерзанной мумии признали известный символ женской красоты

Британские археологи считают, что им удалось идентифицировать останки едва ли не самой легендарной красавицы древнего мира. Некая плохо сохранившаяся мумия, найденная в Долине Царей еще в 1898 году, вероятно, принадлежит царице Нефертити, мачехе мальчика-фараона Тутанхамона и одной из самых могущественных женщин в Древнем Египте. Раны, причиненные мумии, показывают, что разрушители намеренно старались лишить Нефертити права вступить в загробную жизнь.

Статья

Найдена связь между умением рассказывать истории и математическими способностями

Строгое математическое мышление и завиральное сочинительство обычно воспринимаются нами как совершенно различные таланты, редко сочетающиеся в одном и том же человеке, присущие, скорее, каким-то личностям-антиподам. Однако новое исследование из области психологии дошкольников свидетельствует о том, что таланты хорошего рассказчика, проявившиеся в раннем детском возрасте, позволяют спрогнозировать появление у ребенка через пару лет и ярких математических способностей.

Статья

Электронный Брат или Брут?

Компьютер на вашем столе - это только помощник. Он позволяет посылать электронную почту, осуществлять "серфинг" по Сети и даже оплачивать счета. Но вскоре он может стать другом... очень близким другом. И даже Братом... Специалисты из Sandia Lab объединяют с помощью компьютера мозги отдельных людей в единую систему.

Статья

В Sandia Labs разработана "машина познания"

Новый тип "разумной" машины, которая может в самое ближайшее время существенно изменить процесс общения людей с компьютерами, разработан в национальной лаборатории Министерства энергетики США Sandia Labs. Речь идет ни много ни мало как о создании "синтетического человека", то есть пресловутого искусственного интеллекта.