2021年11月29日 10:05
【科學快訊】
想創下一項非凡的運動記錄嗎？事實證明，不只是運動員，每個人都可以創下這項記錄：只要打個響指就好了！
佐治亞理工學院的研究團隊近期發表的研究表明，當我們打出一個完美的響指時，就會產生在目前人體上觀察到的最大角加速度——160萬°/s²。這個速度，可是要比職業棒球投手的手臂旋轉加速度還要更快。
「在公元前300 年人類就開始打響指了，但是現在才開始對其進行科學研究。」| doi.org/10.1098/rsif.2021.0672
在創下世界記錄之前，你可能需要先知道打響指的原理，這樣才能研究出屬於自己的「打響指秘笈」。
當我們打響指時，中指和大拇指會擠壓在一起，兩根手指朝相反的方向用力，然後中指將會擊打在大拇指根部的肌肉上。但是，打響指不僅僅需要中指和拇指的參與，而「啪「的一聲也並不是從兩個手指上傳出來的。
在打響指的手勢中，小指、無名指會配合其他手指構成一個諧振空腔，而中指和拇指則形成了一個喇叭的形狀。當中指擊打肌肉後，空腔內的空氣就會反複震蕩，產生響聲。
因此，想要打出一個清脆響亮的響指，首先要調節好手的姿勢，保證手指之間形成空腔。而另外一個「秘笈「，就是要讓拇指和中指之間達到一個近乎完美的摩擦力。
事情還要從一部電影說起。當佐治亞理工學院的兩名學生去看了《複仇者聯盟：無限戰爭》後，忽然對裏面「滅霸打響指「的場面產生了好奇。在電影中，當滅霸戴著金屬手套打了個響指後，世界上將會消失一半的生命。
但實際上，根據物理學的原理，滅霸並不能打出那個響指。
滅霸：我寶石都裝了就和我講這個？| Giphy
打響指是一種高速運動，其實並不只是人類掌握了這項高速運動的秘訣，很多生物體都將這種運動作為自己的生存技能，就比如當捕蠅草的葉片受到刺激時，會在大約100ms內快速閉合。因此，研究者們為這些運動開發了一個通用框架：閂鎖介導的彈簧驅動系統（Latch-mediated springactuation，LaMSA）。
打響指前，拇指用力按壓中指。中指就像是圖中的彈簧，被按壓時存儲了很大的彈性勢能，而在彈簧忽然松開時，根據動能定理，中指積累的彈性勢能轉化為動能，中指就會加速彈開。
打響指的「彈簧與閂鎖「框架。中指就相當於彈簧。| doi.org/10.1098/rsif.2021.0672
當中指「彈簧」達到平衡時，它就會達到最大速度。研究者們使用4082fps的高速成像才捕捉到了打響指的運動過程，他們發現，打響指這項動作僅需要7ms就能完成。也就是說，它比眨一次眼的時間（150ms）還要再快20多倍。
而這一個響指，正是在7ms的時間內達到了7800°/s的最大旋轉速度，以及160萬°/s²的旋轉加速度。
另外，在打響指的LaMSA系統中，指間的摩擦力對打響指的速度起到了決定性的作用。
研究者使用不同材料來控制指間的摩擦系數。為了模擬一雙汗手，他們為手指帶上了潤滑的丁腈手套。其次，又用乳膠手套來模擬更大的摩擦系數的情況。當然，為了證明滅霸打不出響指，研究者還給手指戴上了金屬指套。
戴上橡膠指套打響指。| Georgia Tech
數據發現，當汗手讓摩擦力變小，就也隨之減小了打響指前儲存的能量。但令人意外的是，增大摩擦力的橡膠手套也大大降低了打響指的速度，這是由於大摩擦力會使得儲存的能量耗散。
而金屬指套則是讓原本柔軟的指間失去了能夠壓縮的性質，也就是讓「彈簧」的彈力大大降低。
完美響指需要恰到好處的皮膚摩擦力和壓縮性。| Wiki
在響指的LaMSA系統中，如果摩擦力過小，前期儲存的能量更小；但如果過大，那又會阻礙能量釋放。
總而言之，想要打出完美響指，手指間必須達到最佳狀態的摩擦力和壓縮性。在「恰到好處的」摩擦力區間中，打響指前會儲存最大的力，打響指時又會減少能量耗散。
所以如果你調整好姿勢仍然打不出響指的話，不妨擦擦手，讓手指間保持乾燥又光滑的完美狀態。
打響指時，中指的運動軌跡。| doi.org/10.1098/rsif.2021.0672
不過，雖然這項研究的靈感來源於滅霸，卻不止這麼簡單。這項研究中的模型不僅說明了摩擦力的重要作用，也讓我們開始了解其他生物和我們自己。
許多昆蟲和動物並沒有足夠的肌肉發力來支持他們的快速運動。但是他們卻能夠通過上面提到的「彈簧和閂鎖「模型，先積累彈性勢能，再將其轉為動能。一種叫做卡米拉迷猛蟻（Mystrium camillae）的螞蟻正是通過這樣」打響指「的技巧，做出了比眨眼還要快5000倍的上顎運動，創造了動物界的世界紀錄。
卡米拉迷猛蟻的上顎運動。雖然看著慢，但這可是在480000fps下拍攝的。事實上它要比眨眼快5000倍。| doi.org/10.6084/m9.figshare.7375436.v1
而這項研究也為未來的仿生手和假肢領域提供了重要的參考。
不過說起來，除了耍帥、伴奏和被滅霸用來毀滅世界外，打響指真的可以用來做更重要的事情。比如盲人可以通過打響指、彈舌的方式，在未知的環境中定位自己，識別周圍的環境。
而在智能時代，研究者們還將打響指作為一種獨特的生物識別特征，可以代替密碼和指紋來解鎖智能手機。不過前提是，你首先要學會打響指的技巧，打出一個會響的響指。
用響指解鎖手機？有沒有考慮過我們不會打響指星人的心情啊！| Pixabay
物理拯救世界！滅霸：我*&%……%**（（&；
