[핵잼 사이언스] 핑거스냅, 인체 움직임 중 가장 빠르다…눈깜빡임 20배

손으로 딱 소리를 내는 핑거 스냅(Finger snap)은 인체 움직임 중 속도가 가장 빠르다는 흥미로운 연구 결과가 나왔다.

미국 조지아공대 연구진은 핑거 스냅의 물리적 기전을 알아내기 위해 고속 카메라와 역각 센서(팔이나 손이 받는 힘 또는 토크를 측정하는 센서) 등으로 속도와 가속도를 측정해 이 운동이 인체가 할 수 있는 동작 중 가장 빠르다는 것을 알아냈다고 영국 ‘왕립학회 저널 인터페이스’(Journal of The Royal Society Interface) 최신호(11월 17일자)에 발표했다.

연구 주저자로 이 대학의 화학·생체분자공학부 조교수인 사드 밤라 박사에 따르면, 연구를 시작한 계기는 2018년 개봉한 할리우드 영화 ‘어벤져스 인피니티 워’ 속 한 장면에 있다.

영화에는 타노스가 우주의 균형을 유지하기 위해 불가사의한 힘을 가진 인피니티 스톤 6개를 모두 모아 자신의 오른손에 착용한 건틀릿에 끼운 뒤 핑거 스냅을 하자 전 우주에 존재하는 생명의 절반이 사라지는 장면이 나온다.

이를 본 밤라 박사는 수업에서 학생들과 건틀릿을 낀 상태로 정말 핑거 스냅을 할 수 있겠냐는 의문에 대해 논의했다. 핑거 스냅에 필요한 마찰과 탄성 에너지가 금속으로 된 건틀릿에서는 생기지 않는다고 생각했던 것이다. 이에 따라 밤라 박사와 학생들은 핑거 스냅을 물리학적으로 자세히 조사하기로 하고, 그 이면에 숨겨진 물리적 기전을 해명하기 위해 각종 장치를 사용해 핑거 스냅의 움직임을 분석했다.

그 결과, 핑거 스냅은 팔 근육을 이용해 손가락이나 팔의 힘줄에 탄성 에너지를 걸고, 그것을 빠르게 방출함으로써 놀랄 만한 가속도를 발생시켰다. 이때 엄지와 중지의 마찰은 중지를 엄지에 고정해 마치 걸쇠처럼 움직이지 않게 하는 중요한 역할을 한다. 충분한 에너지가 축적되면 엄지와 중지는 마찰을 극복하고 서로 미끄러지며 딱 소리가 울려 퍼진다.

특히 핑거 스냅의 최대 각속도(특정 축을 기준으로 각이 돌아가는 속력)는 7800deg/s, 최대 각가속도(각속도의 변화율)는 160만deg/s²에 달했다. 이는 핑거 스냅 시 손가락이 그리는 작은 호가 단 1초에 160만도의 각도를 밟는다는 것. 이는 프로야구 투구가 만드는 가속도의 3배에 필적하는 수치다.

이에 대해 밤라 박사는 “이 같은 데이터를 처음 봤을 때 깜짝 놀랐다. 핑거 스냅은 불과 7밀리초(ms, 1ms=1000분의1초) 사이에 일어났는데 이는 150밀리초 이상 걸리는 눈 깜빡임보다 20배 이상 빠른 속도”라고 설명했다.

연구에서는 또 핑거 스냅 시 필요한 마찰은 너무 적으면 충분한 에너지가 힘줄에 축적되지 않고, 너무 많으면 축적된 에너지의 대부분이 운동이 아닌 열로 방출된다는 사실도 확인됐다.

그뿐만 아니라 손가락에 고무나 금속으로 된 골무 등의 소재로 덮은 상태에서 핑거 스냅을 분석한 결과, 어떤 소재든 손가락을 덮고 있으면 핑거 스냅을 해도 딱 소리가 나지 않는 것으로 확인됐다. 고무는 마찰이 너무 커 핑거 스냅을 열로 방출해 버리고, 금속은 마찰이 너무 적어 에너지가 충분히 축적되지 않았다. 또 금속은 피부처럼 유연하게 압착할 수 없어 핑거 스냅의 접촉 면적이 매우 작아졌다.

이에 따라 연구진은 타노스의 건틀릿을 착용한 상태에서는 핑거 스냅을 할 수 없다는 결론에 이를 수 있었다. 하지만 이번 성과는 단순히 SF 영화의 비밀을 파헤치는 것뿐만 아니라 개미의 턱이 고속으로 닫히는 물리적 기전을 이해하거나 최첨단 의수를 설계하는 데도 도움이 될 수 있다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr