人体这个最快动作超“一眨眼功夫”20倍!难怪灭霸选择了它...

2021
11/23

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‍‍ 研究人员表示,这项研究为他们提供了很多机会,包括了解人类为什么会打响指,以及人类是否是唯一进化出这种技能的灵长类动物。 

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研究人员表示,这项研究为他们提供了很多机会,包括了解人类为什么会打响指,以及人类是否是唯一进化出这种技能的灵长类动物。

来源:中国生物技术网

看过漫威的《复仇者联盟》系列的人都知道,反派大BOSS灭霸打个响指意味着什么。对!半个宇宙随着一声响指后坍塌。那为什么灭霸会用“打响指”作为自己的招牌毁灭动作,而不用其他的?

原来, 打响指是人体能做出的最快动作 当然, 科学也告诉我们,戴着无限手套的灭霸是不可能打出响指的 且看研究分析。
近日,发表在《Journal of the Royal Society Interface》上的一项研究中,来自 美国佐治亚理工学院的研究人员首次通过分析发现,打个响指仅需7毫秒 核心在于拇指和中指之间的摩擦力。要知道, 打个响指速度要比眨眼睛快了20多倍!
虽然以前没有人研究过打响指的速度,但它早已成为一种文化。例如,在美国的口语就中有一句“it's a snap(小菜一碟)”就深刻说明了打响指这个动作有多么简单且深入人心。
实际上,打响指文化的历史可以追溯到2300多年前的古希腊。当时的陶器上就描绘了牧神Pan舞动着右手,做出一个打响指的手势(见下图)。而且,据报道古希腊人还普遍使用打响指来保持节奏。
此外,这种简单却能发出特殊声响的动作已经融入了许多文化,包括西班牙的弗拉门戈(Flamenco)舞、利比里亚的问候手势(类似握手),以及在诗歌朗诵中打响指代替了喧哗的“呱唧呱唧”的鼓掌声。不仅如此,打响指还作为一种盲人使用的回声定位,以及听觉发育心理学研究的一部分。
Flamenco舞
现在,在漫威的《复仇者联盟》系列中,打响指成为了灭霸启动邪恶力量的开关。
为什么研究人员会想起研究打响指?
该研究通讯作者、佐治亚理工学院化学和生物分子工程学院助理教授Saad Bhamla博士说:“在过去的几年里,我一直着迷于我们是如何打响指的。这确实是一个还没有被仔细研究过但却非同寻常的物理难题,尽管打个响指是那么的轻而易举。但这一发现真的有助于开发出更好的假手,以及更像人类的机器人。”
那么,他们是如何取得这项有趣的发现呢?
在早期的研究中,Bhamla团队曾开发了一个通用框架,用于解释在从单细胞到昆虫的生物体中观察到的超强和超高速运动。
在这项研究中,他们使用了高速摄像机、自动图像处理和动态测力传感器,用不同的材质的指套覆盖受试者的手指,包括乳胶、丁腈橡胶和润滑丁腈橡胶。此外,研究人员还特意使用了金属指套,以模拟灭霸打响指时的效果。
他们认为,通用框架似乎可以很自然地适用于打响指。它假定生物依靠一种类似“弹簧和门闩”机制储存能量,然后迅速释放能量。但同时,与其他“弹簧和门闩”系统相比,在打响指时,表面摩擦力可能发挥了更重要的作用
实验表明, 丁腈橡胶指套的摩擦力太大,润滑丁腈指套的摩擦力太小,而皮肤(裸手)的摩擦力刚刚好。它产生足够的阻力和压缩力,创造了完美的响指效果。 没有任何材质能够达到裸手打响指的速度。 裸手打响指达到每秒7800度的最大转运速度。研究人员还测量到了160万度/平方秒的旋转加速度。
打响指速度是人体所有部位动作最快的记录,几乎是职业棒球投手手臂速度的三倍。

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Bhamla说:“当我第一次看到这些数据时,我惊讶地从椅子上跳了起来。打个响指只需7毫秒,比'一眨眼的功夫'快了20倍还多。要知道,眨眼需要150毫秒以上。”
研究人员发现, 当受试者的指尖被金属指套覆盖时,手指的最大旋转速度急剧下降。 这意味着什么呢?
该研究第一作者、本科生Raghav Acharya说:“这意味着,灭霸不可能戴着无限手套打响指。因此,那只是好莱坞的特效,而不是真实的物理效果。很抱歉让大家扫兴了。”
当然,像钢铁侠这种戴法还是可以打出响指的。
研究人员通过分析确定了被指套覆盖的手指之间减小的接触面积。皮肤的压缩使系统的容错性提高了一点。一旦减少皮肤的可压缩性和摩擦力,手指就很难产生足够的力量来打出响指。
令人惊讶的是,用橡胶指套增加指尖的摩擦力也会降低速度和加速度。所谓的“黄金接触点”是必要的。研究人员通过弹簧和软摩擦接触的数学模型证实摩擦力在实现超快运动中所起的核心作用。即:当摩擦力太小时,存储的能量不足以为打响指提供动力;而摩擦力太大则会导致能量耗散,手指间彼此滑动的时间更长,将储存的能量浪费为热量。
研究人员表示,这项研究为他们提供了很多机会,包括了解人类为什么会打响指,以及人类是否是唯一进化出这种技能的灵长类动物。
对于Bhamla来说,这些发现证实了他对这种普通动作的兴趣。他说,这项研究才刚刚开始触及一些看似简单但却有着更深层意义的事物。
他说:“根据公元前300多年的古希腊艺术,人类可能在那之前已经打了几十万年的响指,但我们今天现在才刚刚开始对其进行科学研究。这是我的实验室里唯一一个可以仅通过打响指就能获取数据的科学项目。”

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论文链接:
https://doi.org/10.1098/rsif.2021.0672
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关键词:
打响,研究,响指,摩擦力,人员

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