نموذج جديد يفحص الحركة عالية السرعة في الفهود ، ويقربنا من الروبوتات ذات الأرجل

الفهود هي أسرع الثدييات على الأرض ، ولكننا لا تزال لا نعرف بالضبط لماذا. لدينا نظرة على كيفية ، مثل استخدام مشية “الجري” في أسرع سرعاتهم ، وهم لديهم نوعان مختلفان من “الطيران”. الأول يتضمن أطرافهم الأمامية والخلفية تحت جسدهم ويسمى “طيران مجتمع” ، في حين أن الآخر يتضمن أطرافهم الأمامية والخلفية ممتدة ويسمى “طيران ممتد”.

الطيران الممتد هو المسؤول عن تمكين الفهود من الوصول إلى سرعات عالية ، ولكن بالضبط كيف سريع يعتمد على قوى الأرض والظروف المحددة. الفهود أيضا تظهر حركة ظهر ملحوظة خلال الطيران لأنهم يتناوبون بين الانثناء والتمديد في الوضعين المجتمع والمنفصل ، وهذا يسمح بالحركة بسرعة عالية. على الرغم من كل هذه المعرفة ، لا تزال لا نفهم الكثير عن الديناميكيات المسؤولة عن هذه القدرات.

مراحل الجري في الحيوانات

الدكتور تومويا كاميمورا في معهد ناغويا للتكنولوجيا ، اليابان ، متخصص في الميكانيكا الذكية والحركة.

“تتكون جميع مراحل الجري في الحيوانات من مرحلة طيران ومرحلة وقوف ، مع سلوك ديناميكي مختلف يحكم كل مرحلة” ، يشرح الدكتور كاميمورا.

مرحلة الطيران تتضمن جميع الأرجل في الهواء ومركز الكتلة للجسم كله يعرض حركة باليستية. خلال مرحلة الوقوف ، يتم امتصاص قوى رد الفعل الأرضية بواسطة الجسم من خلال الأرجل.

“نظرًا لتعقيد هذه الديناميكيات الهجينة ، يمكن للملاحظات أن تأخذنا فقط إلى حد معين في كشف الآليات الكامنة وراء ديناميكيات الجري في الحيوانات” ، يواصل الدكتور كاميمورا.

النمذجة بالكمبيوتر توفر رؤية

من أجل الحصول على فهم أفضل للperspective الديناميكي لمشي الحيوان وحركة الظهر أثناء الجري ، اعتمد الباحثون على نمذجة الكمبيوتر باستخدام نماذج بسيطة ، وكانت ناجحة للغاية.

مع ذلك ، لم تكن هناك دراسات كثيرة لاستكشاف أنواع الطيران وحركة الظهر التي تحدث أثناء الجري ، لذلك قام فريق البحث بدراسة نشرت في Scientific Reports ، اعتمادًا على نموذج بسيط ي模仿 الحركة الرأسية وحركة الظهر.

شملت دراسة الفريق نموذجًا ثنائي الأبعاد يتكون من جسمين صلبين وبارين خفيفين ، التي تمثل أرجل الفهد. كانت الأجسام متصلة بمفصل ، الذي يكرر حركة انثناء الظهر ، ورباط لولبي. كما تم تعيين أدوار ديناميكية متطابقة للأرجل الأمامية والخلفية.

قام الفريق بحل المعادلات المبسطة للحركة التي تحكم النموذج ، مما أدى إلى ستة حلول دورية ممكنة ، اثنان منها يشبهان نوعين مختلفين من الطيران ، مثل فهد يجرى ، وأربعة منها تشبه نوعًا واحدًا من الطيران ، على عكس الفهود. كانت هذه قائمة على المعايير المتعلقة بقوى رد الفعل الأرضية ، التي قدمتها الحلول.

ثم تم التحقق من المعايير مع بيانات الفهد المقاسة ، ووجد الفريق أن جري الفهد في العالم الحقيقي ي满ي معيار نوعي الطيران من خلال انثناء الظهر.

كل هذا أدى إلى حصول الباحثين على رؤية جديدة في سرعة الفهود. كشفت الحلول الدورية أيضًا عن أن جري الخيل يتضمن طيرانًا مجتمعًا نتيجة لانثناء الظهر المحدود ، مما يعني أن السرعات العالية للغاية التي يحققها الفهود هي نتيجة طيران ممتد إضافي وانثناء الظهر.

“في حين أن الآلية الكامنة وراء هذا الفرق في أنواع الطيران بين أنواع الحيوانات لا تزال غير واضحة ، فإن نتائجنا تمتد لفهم الآليات الديناميكية الكامنة وراء الحركة بسرعة عالية في الفهود. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تطبيقها على التصميم الميكانيكي والتحكم في روبوتات الأرجل في المستقبل” ، يقول الدكتور كاميمورا.