运动的动力学和能量学取决于推进腿的数量

2020-07-28 450节肢动物

虽然陆地动物可以用许多不同的方式移动,但大多数陆地生物用腿来爬行、凿岩、行走和奔跑。腿推动的动物,如哺乳动物、昆虫、蜘蛛或蜈蚣,拥有大量不同设计的运动装置和各种各样的腿数。为了有效地覆盖距离能量,许多陆地动物利用能量回收的机制。这种机制可以包括由于物体质心的垂直振动或弹性能量储存的使用,动能和势能的反复转换。它们通常出现在跳跃的步态中——就像在奔跑的两足动物或四足动物和六足动物中发现的那样。

科隆大学动物生理学系的tomweihmann博士最近领导的一项研究表明,运动的动力学和能量学取决于推进腿的数量。这项研究“多踏板运动中的腿部力干扰”已经发表在《科学进展》上。

研究背景

在过去,小跑动物已经成为有腿机器人应用的模型魏曼说:“科学家和工程师已经研究了提高效率的机制,但到目前为止,我们对不同数量的腿对恢复运动能量和节省长距离运动的能力的影响知之甚少。”

运动的动力学和能量学取决于推进腿的数量

他目前的研究表明,腿数的增加越来越阻碍能量的恢复,因为腿的同步性需要更高的程度。结果表明,腿协调模式的微小变化对具有多条腿的运动系统的身体动力学的影响要比少腿的运动系统大得多。虽然只有几条步行腿的动物在接近中高速跑步时常常利用能量回收机制,但拥有三对以上步行腿的动物几乎无法达到所需的高水平的腿部同步。

这些被揭示的机制也可能是蛇怪和其他蜥蜴等四足动物在高速运动中采用两足动物的驱动力“最终,这些机制也可以部分解释原始时期从四足动物祖先向两足恐龙发展的原因,这导致了当今鸟类物种的丰富,”魏曼补充道这个模型甚至有助于解释我们自己的一个特点:两足人的步态。

研究意义

新的见解(运动的动力学和能量学取决于推进腿的数量)也为新兴的神经-机械建模方法提供了强有力和可靠的支架,并影响了我们对运动系统的一般概念,这可能导致改善快速奔跑的腿式机器人的控制机制。

引用

University of Cologne. "The dynamics and energetics of locomotion depend on the number of propulsive legs." ScienceDaily. ScienceDaily, 6 September 2018. www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180906100444.htm.

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