Сверхбыстрый щелчок пальца опосредован трением кожи

Сверхбыстрый щелчок пальца опосредован трением кожи

Во время щелчка палец движется в 30 раз быстрее моргания глаза

Сверхбыстрый щелчок пальца

Чтобы изучить кинематику щелчка пальца, специалисты поместили 5 кругов из светоотражающей ленты диаметром 8 мм на лучезапястный сустав, основание пальцев, первый сустав среднего пальца, второй сустав среднего пальца и кончик среднего пальца. Все снимки записали на высокоскоростную камеру Chronos 1.4 со скоростью 4082 кадра в секунду. Различные поверхности (латексная резина, нитрил, смазанный нитрил) накладывались на средний и большой пальцы, чтобы отрегулировать трение. В качестве смазки использовали увлажняющий крем Cetaphil. Анализировали по 5 снимков от 3 разных людей для каждой поверхности. При каждом испытании используется новая нитриловая перчатка (предотвращалась усталость материала), а перед каждым испытанием наносится свежая смазка для повторяемости. Использовалась нитриловая перчатка, которая лучше всего подходила к размеру руки. Чтобы предотвратить усталость мышц и суставов, человек, выполняющий щелчок пальцами, отдыхает в течение одной минуты между щелчками.

Насколько быстро происходит щелчок пальцем? Авторы делят щелчок пальцем на 3 фазы: погрузка, разблокировка и движение разблокировки. В фазе нагрузки нормальная сила сначала создается путем сжатия большого и среднего пальцев вместе. На этом этапе энергия накапливается в деформации упругих компонентов кисти и предплечья. Пружинящие элементы - это сухожилия пальцев или предплечья. Однако из-за сложной структуры руки человека точный источник пружины остается открытой областью исследований. Предполагается, что, предотвращая движение, трение между двумя пальцами играет ключевую роль, действуя как защелка. В конце концов, процесс расфиксации начинается с того, что большой палец перемещается в сторону, а средний палец быстро скользит мимо большого пальца, таким образом начиная щелчковое движение. Во время щелчка палец быстро вращается на угол 53,5 градусов за 7,1 мс, что почти в 30 раз быстрее моргания глаза. Палец продолжает свое движение, пока не ударится о ладонь, достигая пикового углового ускорения 1600000 градус/с2. Этот удар генерирует слабые ударные волны (похожие на хлопок в ладоши, что приводит к характерному хлопку.

До сих пор, самое быстрое вращательное движение наблюдалось у людей на профессиональных бейсбольных площадках, с рекордным угловым ускорением 600000 градус/с2. По сравнению с этими профессиональными движениями на поле для бейсбола, зарегистрированные щелчки человеческих пальцев демонстрируют угловые ускорения почти на порядок больше. Таким образом, щелчок пальцем представляет собой одно из самых быстрых зарегистрированных ускорений вращения, достигаемых человеческим телом. Однако это ускорение все еще не идет ни в какое сравнение с тем, которое достигают другие живые системы, такие как муравей-дракула (Mystrium camillae), который может достигать ускорений до a = 1,50000000000000000 градус/с2. Работа показывает, как трение между поверхностями может быть использовано в качестве настраиваемой системы запоров, и дает представление о сложности трения во многих роботизированных и сверхбыстрых энергосберегающих структурах. Это единственный научный проект в моей лаборатории, в котором мы могли щелкнуть пальцами и получить отличные данные!, - отметил профессор Саад Бхамла.

Рагхав Ачарья (Raghav Acharya), Элио Дж. Чаллита (Elio J. Challita), Марк Илтон (Mark Ilton), М. Саад Бхамла (M. Saad Bhamla), Технологический институт Джорджии (Georgia Institute of Technology), США, напечатали работу "Сверхбыстрый щелчок пальца опосредован трением кожи", The Royal Society Interface, 18 (184), 17 ноября 2021.