볼링은 공을 마루에 굴려 핀을 쓰러뜨리는 스포츠로 2023년 9월을 기준으로 미국 성인의 19%가 즐기는 것으로 알려졌다. 국내 볼링 인구도 약 540만 명에 이른다. 다른 스포츠에 비해 즐기기 쉬운 편이지만, 처음 하는 사람들은 핀을 맞추는 것이 쉽지 않다.

미국 프린스턴대 기계·항공우주공학과, 매사추세츠공과대(MIT) 핵공학과, 뉴멕시코대 물리·천문학과, 스와드모어대 물리·천문학과, 영국 러프버러대 스포츠과학 연구소 공동 연구팀은 레인의 오일 구성부터 볼링공의 미묘한 비대칭성 조건을 따지면 스트라이크 확률을 높일 수 있다고 20일 밝혔다. 이 연구 결과는 응용·이론·실험 물리학 분야 국제 학술지 ‘AIP 어드밴시즈’ 4월 16일 자에 실렸다.

야구나 미식축구, 농구를 미국 대표 스포츠로 알고 있지만 직접 즐기는 인구는 볼링이 훨씬 많다. 그렇지만, 볼링공이 레인에서 어떻게 움직이는지를 예측하는 통합 모델에 관해서는 거의 연구되지 않았다. 지금까지 볼링 샷 결과를 예측하는 대부분의 방법은 볼링공과 샷 자체의 역학을 분석하기보다는 볼링 선수들의 통계에 의존해 왔다. 이런 경우 선수들이 공을 던지는 방식에 약간의 변화를 주면 예측 결과를 벗어나는 경우가 많다.



연구팀은 회전 강체에 대한 오일러 방정식에 파생된 미분방정식 시스템 6개를 활용해, 볼링공 배치의 최적 위치와 스트라이크를 위한 최적의 조건을 예측하는 모델법을 만들었다. 이 모델은 볼링공의 움직임에 영향을 줄 수 있는 모든 요인을 고려해 볼링공의 궤적을 정확히 계산할 수 있다. 선수의 부정확성을 고려하기 위한 ‘미스 룸’(miss room)까지 포함돼 최적의 타게팅 전략을 세울 수 있다. 볼링 레인에는 얇은 오일 층이 발라져 있는데, 균일하지 않아 마찰 표면이 고르지 않고, 볼링공이 미묘하게 비대칭이라는 점까지 고려하면 모델의 계산은 더 복잡해진다.



연구를 이끈 커티스 후퍼 영국 러프버러대 박사(수리모델링)는 “이번에 개발한 모델은 선수, 코치, 볼링 장비사, 볼링장 설계가에게 유용한 도구가 될 수 있을 것”이라며 “모델을 이용하면 원하는 방향으로 공을 보낼 수 있게 있을 것”이라고 설명했다.