真剣な研究：サノスは宇宙を救うスナップを実行できない

執筆者: ウー・ティンティン

編集者：コウ・ジェンチャオ

レイアウト: 李雪偉

「バン！」

マーベル映画「アベンジャーズ」では、悪役のボスであるサノスは、指をパチンと鳴らすだけで地球上の人類の半分を消滅させることができます。

宝石をちりばめたインフィニティ・ガントレットは神秘的な力に満ちています。

しかし、映画のファンタジー要素を除けば、金属の手袋をはめたサノスは本当に指を鳴らすことができるのでしょうか?

最近、ジョージア工科大学とその協力者による研究チームがその答えを出しました。金属製のインフィニティ・ガントレットは、サノスが指を鳴らすのを阻止できるかもしれないのです!

彼らはこの問題からヒントを得て、 「指をパチンと鳴らす」ことの背後にある物理的メカニズムを注意深く研究した結果、指をパチンと鳴らすと、人体はこれまでに発見された中で最も大きな加速度を生み出すことを発見しました。

研究者らは、この研究結果は、特に人間の手の幅広い機能を模倣する上で、義肢のシミュレーション設計の改善に役立つ可能性があり、また、さまざまなロボットシステムの操作能力も向上する可能性があると述べた。

「指の超高速スナップ音は皮膚摩擦によって媒介される」と題された関連研究論文が、科学誌「Journal of The Royal Society Interface」に掲載された。

なぜそんなことを言うのですか？

この研究では、ジョージア工科大学化学・生体分子工学部の助教授であるサード・バムラ氏が、「指を鳴らす」動作を特に研究するチームを結成した。

映画の中でサノスが金属の手袋をはめて指を鳴らしているのを見たとき、彼らは疑問に思いました。

素手で指を鳴らすときには皮膚の摩擦が大きな役割を果たすかもしれませんが、金属ガントレットの摩擦特性により、サノスは指を鳴らすことができない可能性があります。
まず、高速撮影、自動画像処理、動的力センサーを用いて指パッチンのさまざまな状況を分析する実験を行いました。被験者はゴム手袋、金属手袋、潤滑剤を装着した状態で指を鳴らし、それぞれの場合の摩擦効果、回転速度、回転加速度をテストしました。

図 |指に潤滑剤を塗ったゴムコット（赤）、ニトリルゴム（緑）、ラテックスゴム（紫）、金属コット（青）を装着したときの摩擦と速度の比較（出典：論文）

結果、金属製の指手袋を着用した場合、測定された摩擦力は最も小さく、最大回転速度は素手の場合ほど高くないことが示されました。

つまり、サノスはインフィニティ・ガントレットを装着している間は指を鳴らすことができないのです！
潜在的な原因としては、金属スリーブが指先を覆うことで、スナップ時の指の接触面積が減少し、加速が低下する可能性があると研究者らは考えています。

「皮膚の圧縮により、システムの許容度が増す」と論文の著者の一人であるチャリタ氏は述べた。 「皮膚の圧縮性と摩擦を減らすと、指を折るのに十分な力を加えることが難しくなります。」

そこで、別の疑問が生じます。摩擦が大きいほど、指をパチンと鳴らしやすくなるのでしょうか?実際のところ、答えはノーです。

上の図からわかるように、指先とゴムカバーの間の摩擦が増加すると、スナップ速度と回転加速度も低下します。

そのため、研究者たちは、摩擦にも「スイートスポット」が存在すると結論付けました。つまり、摩擦が小さすぎると、スナップを動かすのに十分なエネルギーが得られないということです。一方、摩擦が大きすぎると、指が互いに滑り合うのに時間がかかり、蓄積されたエネルギーが熱として無駄になるため、エネルギーの散逸につながります。

実際、私たちはサノスよりもはるかに強力です。

それだけでなく、科学者たちは、人間が手袋をせずに行う通常の指パッチン動作も注意深く研究し、その背後にあるメカニズムを説明するための一般的な枠組みを確立しました。

実験では、研究者らは、素手で指を鳴らすと最大で毎秒7,800度の回転速度に達し、回転加速度は毎秒160万度に達する可能性があることを計測した。この回転速度の値は、人間で観測された最速の回転運動の測定値にはまだ達していないものの、その瞬間加速度は、これまでに測定された人間の最速の角加速度であり、プロ野球の投手の腕の回転加速度のほぼ3倍に相当します。

「このデータを初めて見たとき、私は文字通り椅子から飛び上がりました」とバムラ氏は語った。 「指をパチンと鳴らすのにかかる時間はわずか 7 ミリ秒です。これは、150 ミリ秒以上かかるまばたきの 20 倍以上の速さです。」

実際、人類が指を鳴らす行為は何十万年も前から行われており、紀元前300年ごろの古代ギリシャ美術にはすでにその行為が描かれている。

図 | (a) 紀元前320年頃の指パッチンを描いた陶器の一部。 (b) 指を鳴らす際のさまざまな時点での動きを横から見た合成画像。 （ｃ）手首、指の関節、指先で測定した値(d) 指をスナップする動作の図。

研究者たちは、この研究結果が、人間が指を鳴らすようにできている理由の解明など、将来の研究にさまざまな機会をもたらす可能性があると考えている。

指をパチンと鳴らすのは人間だけでしょうか？

指を鳴らす原理は、実は音響学では空洞共鳴と呼ばれています。

指をパチンと鳴らすと、親指と中指が互いに圧迫され、より大きな摩擦が生じます。この摩擦を克服するためには、指の筋肉に大きな力を加える必要があります。 2 本の指をずらすと、中指の勢いが増し、親指の付け根に当たります。このとき、中指、薬指、親指の付け根に空洞が形成されます。中指で空洞を素早く押すと、空洞内の空気が振動し、鮮明な「ポップ」音が発生します。

そこで疑問なのが、指をパチンと鳴らすことができるのは人間だけなのか？

実際、指をパチンと鳴らすことができるのは人間だけであることがわかっていますが、理論的には人間に似た手の構造を持つ動物は指をパチンと鳴らすことを学ぶ可能性があります。チンパンジーやマカクザルなどの動物は、親指を立てたり、「666」のジェスチャーをしたりする方法はすでに知っています。

明らかに霊長類ではないが、指を鳴らす能力を持っているかもしれない動物がもうひとつあります。それは、我が国の国宝、ジャイアントパンダです。

ジャイアントパンダには全部で6本の指があります。竹を握るときに使う「親指」には指関節がなく、本物の親指の外側に生えた骨片だけなので、擬似親指と呼ばれます。

この骨は実際には特殊な手首の骨ですが、人間やサルと同じように柔軟かつ便利に物を掴むことができます。そのため、ジャイアントパンダは人間の親指の代わりに「擬似親指」を使って、美しい指パッチンを鳴らすこともできるのかもしれません。

ただし、どの動物が指を鳴らすことができるかについてはあまり注意を払う必要はありません。結局のところ、指をパチンと鳴らすことができるかどうかを理解することの方が重要です。

参考リンク:

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2021.0672

https://www.eurekalert.org/news-releases/934621

https://www.youtube.com/watch?v=ycfLurEqmj4&ab_channel=ジョージアテック