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撰文：吳婷婷

編審：寇建超

排版：李雪薇

“啪！”

在漫威電影《復(fù)仇者聯(lián)盟》中，大反派 boss 滅霸打一個(gè)響指，就能讓地球上一半的人類消失。

那只嵌滿寶石的無(wú)限手套，充滿了神秘力量。

然而，褪去電影的奇幻色彩，戴著金屬手套的滅霸，真能打出響指嗎？

近日，來自佐治亞理工學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)及其合作者給出了答案——金屬材質(zhì)的無(wú)限手套可能恰恰讓滅霸打不了這個(gè)響指！

他們從這一問題中得到靈感，在認(rèn)真研究“打響指”背后的物理學(xué)機(jī)制后發(fā)現(xiàn)，打響指時(shí)人體會(huì)產(chǎn)生目前發(fā)現(xiàn)的最高加速度。

研究人員表示，這項(xiàng)研究成果可能對(duì)提高假肢仿真設(shè)計(jì)有所幫助，尤其是在模仿人類手的廣泛功能方面，還可能提高各類機(jī)器人系統(tǒng)的操縱能力。

相關(guān)研究論文以“The ultrafast snap of a finger is mediated by skin friction”為題，已發(fā)表在科學(xué)期刊《英國(guó)皇家學(xué)會(huì)界面雜志》（Journal of The Royal Society Interface）上。

為什么這么說？

在本次研究中，佐治亞理工學(xué)院化學(xué)與生物分子工程學(xué)院助理教授 Saad Bhamla 組建了一個(gè)專門研究“打響指”的小組。

在看到電影中滅霸戴著金屬手套打出響指時(shí)，他們產(chǎn)生質(zhì)疑：

在裸手打響指時(shí)，可能是皮膚摩擦起著重要作用，而由于金屬手套的摩擦特性，滅霸可能根本打不了響指。
首先，他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用高速成像、自動(dòng)圖像處理和動(dòng)態(tài)力傳感器，分析了各種打響指的情況。受試者在分別戴上橡膠指套、金屬指套、涂上潤(rùn)滑劑等情況下開始打響指，并測(cè)試出每種情況下的摩擦影響、旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)加速度。

圖｜手指被潤(rùn)滑的橡膠指套（紅色）、丁腈橡膠（綠色）、乳膠橡膠（紫色）和金屬指套（藍(lán)色）覆蓋時(shí)，摩擦力和速度對(duì)比情況（來源：論文）

結(jié)果顯示，在戴著金屬指套的情況下，所測(cè)得的摩擦力最小，最大旋轉(zhuǎn)速度也沒有裸手時(shí)的速度高。

也就是說，滅霸戴著他的無(wú)限手套根本打不出響指！
他們認(rèn)為，潛在的原因可能在于，金屬套管覆蓋指尖后，打響指時(shí)手指的接觸面積減少了，從而導(dǎo)致加速度降低。

“皮膚的壓縮使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的容錯(cuò)能力，”論文作者之一 Challita 說，“減少皮膚的可壓縮性和摩擦力，會(huì)讓你更難在手指中建立足夠的力量來打響指?！?/p>

那么，另一個(gè)問題來了，是不是摩擦越大打響指就越容易呢？其實(shí)，答案是否定的。

從上圖可以看出，增大指尖與橡膠覆蓋物的摩擦，也會(huì)降低響指速度和旋轉(zhuǎn)加速度。

因此，研究人員得出結(jié)論，摩擦力也存在一個(gè)“適宜范圍”——摩擦太小，沒有足夠的能量來為打響指提供動(dòng)力；而過多的摩擦?xí)?dǎo)致能量耗散，因?yàn)槭种感枰L(zhǎng)的時(shí)間才能滑過彼此，將儲(chǔ)存的能量以熱量的形式浪費(fèi)掉。

其實(shí)，我們比滅霸厲害多了

不僅如此，科學(xué)家們還仔細(xì)研究了人類在不戴任何手套時(shí)打出的普通響指，并建立了一個(gè)通用框架來解釋其背后的機(jī)制。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員測(cè)量到，裸手打響指的最大旋轉(zhuǎn)速度可以達(dá)到每秒 7800°，旋轉(zhuǎn)加速度則高達(dá)每二次方秒 1600000°。盡管這一旋轉(zhuǎn)速度值還未達(dá)到目前在人類身上觀察到的最快旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量值，但其瞬間加速度卻是迄今為止測(cè)量到的最快的人體角加速度，幾乎是職業(yè)棒球投手手臂旋轉(zhuǎn)加速度的三倍。

“第一次看到這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，我簡(jiǎn)直從椅子上跳了起來，”Bhamla 說，“手指彈響僅需 7 毫秒，這比眨眼（需要 150 多毫秒）還要快 20 多倍?！?/strong>