El chasquido de un dedo se representó por primera vez en el arte griego antiguo alrededor del año 300 a.C. Hoy, ese mismo chasquido inicia las fuerzas del mal para el villano Thanos en la última versión de Marvel Vengadores película. Ambos medios inspiraron a un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia a estudiar la física del chasquido de un dedo y determinar cómo la fricción juega un papel fundamental.
Usando una cantidad intermedia de fricción, ni demasiado alta ni demasiado baja, un chasquido del dedo produce las mayores aceleraciones de rotación observadas en humanos, incluso más rápido que el brazo de un lanzador de béisbol profesional. Los resultados se publicaron el 17 de noviembre enlos Revista de la interfaz de la Royal Society .
La investigación fue dirigida por un estudiante de grado en Georgia Tech, Raghav Acharya, así como por el estudiante de doctorado Elio Challita, el profesor asistente Saad Bhamla de la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular y el profesor asistente Mark Ilton de Harvey Mudd College en Claremont,California.
Sus resultados podrían algún día informar el diseño de prótesis destinadas a imitar las amplias capacidades de la mano humana. Bhamla dijo que el proyecto también es un excelente ejemplo de lo que él llama ciencia impulsada por la curiosidad, donde los sucesos cotidianos y los comportamientos biológicos puedensirven como fuentes de datos para nuevos descubrimientos.
"Durante los últimos años, me ha fascinado cómo podemos chasquear los dedos", dijo Bhamla. "Es realmente un rompecabezas de física extraordinario al alcance de la mano que no se ha investigado de cerca".
En un trabajo anterior, Bhamla, Ilton y otros colegas habían desarrollado un marco general para explicar los movimientos sorprendentemente poderosos y ultrarrápidos observados en los organismos vivos. El marco parecía aplicarse naturalmente al chasquido. Postula que los organismos dependen del uso deun resorte y un mecanismo de cierre para almacenar energía, que luego pueden liberar rápidamente.
Acharya y Bhamla sintieron un impulso particular para aplicar este marco a un chasquido de dedos después de ver la película Vengadores: Infinity War , lanzado en abril de 2018 y producido por Marvel Studios. En él, Thanos, un personaje villano, busca obtener seis piedras especiales y colocarlas en su guante de metal. Después de recolectarlas todas, chasquea los dedos y dispara en todo el universo.Consecuencias.
¿Pero sería posible romper con un guantelete de armadura, preguntaron los investigadores? En el caso de un chasquido de dedo, sospechaban que la fricción de la piel desempeñaba un papel más importante en comparación con otros sistemas de resorte y pestillo.propiedades de un guantelete de metal, imaginaban que podría ser imposible.
Utilizando imágenes de alta velocidad, procesamiento de imágenes automatizado y sensores de fuerza dinámica, los investigadores analizaron una variedad de chasquidos de dedos. Exploraron el papel de la fricción cubriendo los dedos con diferentes materiales, incluidos dedales metálicos para simular los efectos de intentar chasquearmientras usa un guantelete metálico, al igual que Thanos.
Para un chasquido normal con los dedos desnudos, los investigadores midieron velocidades de rotación máximas de 7.800 grados por segundo y aceleraciones de rotación de 1,6 millones de grados por segundo al cuadrado. La velocidad de rotación es menor que la medida para los movimientos de rotación más rápidos observados en humanos, queprovienen de los brazos de los jugadores de béisbol profesionales durante el acto de lanzar. Sin embargo, la aceleración rápida es la aceleración angular humana más rápida hasta ahora medida, casi tres veces más rápida que la aceleración de rotación del brazo de un lanzador de béisbol profesional.
"Cuando vi los datos por primera vez, salté de mi silla", dijo Bhamla, que estudia los movimientos ultrarrápidos en una variedad de sistemas vivos, desde células individuales hasta insectos. "El chasquido de los dedos ocurre en solo siete milisegundos, más deveinte veces más rápido que un abrir y cerrar de ojos, lo que lleva más de 150 milisegundos ".
Cuando las yemas de los dedos de los sujetos se cubrieron con dedales de metal, sus velocidades de rotación máximas disminuyeron drásticamente, lo que confirma las intuiciones de los investigadores.
"Nuestros resultados sugieren que Thanos no podría haberse roto debido a sus dedos blindados de metal", dijo Acharya, primer autor del estudio. "Entonces, ¡probablemente sean los efectos especiales de Hollywood, en lugar de la física real, en juego!revelación."
Explicaron esta disminución considerando el área de contacto disminuida que existe entre los dedos cubiertos de dedales.
"La compresión de la piel hace que el sistema sea un poco más tolerante a fallas", dijo Challita, coautora del trabajo. "Reducir tanto la compresibilidad como la fricción de la piel hace que sea mucho más difícil acumular suficiente fuerza en sudedos para realmente chasquear. "
Sorprendentemente, aumentar la fricción de las yemas de los dedos con cubiertas de goma también redujo la velocidad y la aceleración. Los investigadores concluyeron que era necesaria una zona de fricción Goldilocks: muy poca fricción y no se almacenaba suficiente energía para accionar el chasquido, y demasiada friccióncondujo a la disipación de energía ya que los dedos tardaron más en deslizarse entre sí, desperdiciando la energía almacenada en calor.
Los investigadores experimentaron con una variedad de modelos matemáticos del proceso de rotura para explicar sus observaciones. Encontraron que un modelo que incluye un resorte y un pestillo de contacto de fricción suave podría reproducir las características cualitativas de sus resultados.
"Incluimos contacto de fricción suave en nuestro modelo matemático, y los resultados reforzaron el papel central que juega la fricción en el logro de movimientos ultrarrápidos", dijo Ilton. "Este modelo ahora puede ayudarnos a comprender cómo otros animales, como las termitas y las hormigas, rompen susmandíbulas, así como actuadores racionalmente bioinspirados para aplicaciones de ingeniería ".
John Long, director de programa de la División de Sistemas Organismales Integrados de la Fundación Nacional de Ciencias, supervisa la investigación en el Programa de Mecanismos Fisiológicos y Biomecánica, que actualmente financia las investigaciones de Bhamla sobre comportamientos ultrarrápidos en animales.
"Esta investigación es un gran ejemplo de lo que podemos aprender con experimentos inteligentes y modelos computacionales perspicaces", dijo. "Al mostrar que los diferentes grados de fricción entre los dedos altera el rendimiento elástico de un chasquido, estos científicos han abierto lapuerta para descubrir los principios que operan en otros organismos y para poner este mecanismo en funcionamiento en sistemas diseñados como robots bioinspirados ".
John Long, director del programa en la Dirección de Ciencias Biológicas de la National Science Foundation, supervisa la investigación en el Programa de Mecanismos Fisiológicos y Biomecánica, que actualmente financia las investigaciones de Bhamla sobre comportamientos ultrarrápidos en animales.
"La investigación del Dr. Bhamla y sus colegas es un gran ejemplo de lo que podemos aprender con experimentos inteligentes y modelos computacionales perspicaces", dijo. "Al mostrar que los diferentes grados de fricción entre los dedos altera el rendimiento elástico de lachasquido, han abierto la puerta para descubrir estos principios que operan en otros organismos y para poner este mecanismo suave, sofisticado y ajustable en funcionamiento en sistemas diseñados como robots bioinspirados ".
Los investigadores creen que los resultados abren una variedad de oportunidades para estudios futuros, incluida la comprensión de por qué los humanos se rompen y si los humanos son los únicos primates que han desarrollado esta capacidad física.
"Basado en el arte griego antiguo del 300 a. C., es muy posible que los humanos hayan estado chasqueando los dedos durante cientos de miles de años antes de eso, sin embargo, solo ahora estamos comenzando a estudiarlo científicamente", dijo Bhamla. "Este es el únicoproyecto científico en mi laboratorio en el que podríamos chasquear los dedos y obtener datos ".
Video sobre chasquidos de dedos : http://www.youtube.com/watch?v=ycfLurEqmj4
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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