Model Baru Menjelajahi Gerakan Berkecepatan Tinggi pada Cheetah, Membawa Kita Lebih Dekat ke Robot Berkaki

Cheetah adalah hewan darat tercepat, tetapi kita masih belum tahu secara pasti mengapa. Kita memiliki wawasan tentang bagaimana, seperti penggunaan gaya “galloping” pada kecepatan tertinggi, dan mereka memiliki dua jenis “terbang.” Yang pertama melibatkan anggota depan dan belakang di bawah tubuh dan disebut “terbang terkumpul,” sedangkan yang lain melibatkan anggota depan dan belakang terentang dan disebut “terbang terentang.”

Terbang terentang bertanggung jawab untuk memungkinkan cheetah mencapai kecepatan tinggi, tetapi seberapa cepat tergantung pada gaya tanah dan kondisi spesifik. Cheetah juga menunjukkan pergerakan tulang belakang yang mencolok selama penerbangan karena mereka bergantian antara fleksi dan peregangan dalam mode terkumpul dan terentang, dan ini memungkinkan lokomosi berkecepatan tinggi. Meskipun semua pengetahuan ini, kita masih belum memahami banyak tentang dinamika yang bertanggung jawab atas kemampuan ini.

Fase Berlari pada Hewan

Dr. Tomoya Kamimura di Nagoya Institute of Technology, Jepang, mengkhususkan diri dalam mekanika cerdas dan lokomosi.

“Semua berlari hewan terdiri dari fase terbang dan fase berdiri, dengan dinamika yang berbeda yang mengatur setiap fase,” Dr. Kamimura menjelaskan.

Fase terbang melibatkan semua kaki di udara dan pusat massa seluruh tubuh menunjukkan gerak balistik. Selama fase berdiri, gaya reaksi tanah diserap oleh tubuh melalui kaki.

“Karena dinamika yang kompleks dan hibrida seperti itu, pengamatan hanya dapat membawa kita sejauh ini dalam memahami mekanisme yang mendasari dinamika berlari hewan,” Dr. Kamimura melanjutkan.

Model Komputer Membawa Wawasan

Untuk memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang perspektif dinamis dari gaya hewan dan pergerakan tulang belakang selama berlari, peneliti telah mengandalkan pemodelan komputer dengan model sederhana, dan ini sangat sukses.

Dengan demikian, belum banyak studi yang menjelajahi jenis terbang dan gerakan tulang belakang yang terjadi selama galloping, sehingga tim peneliti melakukan sebuah studi yang diterbitkan di Scientific Reports, menggunakan model sederhana yang meniru pergerakan vertikal dan tulang belakang.

Studi tim melibatkan model dua dimensi yang terdiri dari dua benda kaku dan dua batang tanpa massa, yang mewakili kaki cheetah. Benda-benda tersebut dihubungkan oleh sendi, yang meniru gerakan fleksi tulang belakang, dan pegas torsional. Tim juga menetapkan peran dinamis yang identik untuk kaki depan dan belakang.

Tim menyelesaikan persamaan gerak yang disederhanakan yang mengatur model, yang mengarah ke enam solusi periodik yang mungkin, dua di antaranya menyerupai dua jenis terbang yang berbeda, seperti cheetah galloping, dan empat menyerupai hanya satu jenis terbang, tidak seperti cheetah. Ini berdasarkan kriteria yang terkait dengan gaya reaksi tanah, yang disediakan oleh solusi.

Kriteria tersebut kemudian diverifikasi dengan data cheetah yang diukur, dan tim menemukan bahwa galloping cheetah di dunia nyata memenuhi kriteria untuk dua jenis terbang melalui fleksi tulang belakang.

Semua ini membawa peneliti untuk memperoleh wawasan baru tentang kecepatan cheetah. Solusi periodik juga mengungkapkan bahwa galloping kuda melibatkan terbang terkumpul sebagai hasil dari gerakan tulang belakang yang terbatas, yang berarti kecepatan yang sangat tinggi yang dicapai oleh cheetah adalah hasil dari terbang terentang tambahan dan fleksi tulang belakang.

“Sementara mekanisme yang mendasari perbedaan jenis terbang antara spesies hewan masih belum jelas, temuan kami memperluas pemahaman tentang mekanisme dinamis yang mendasari lokomosi berkecepatan tinggi pada cheetah. Selain itu, mereka dapat diterapkan pada desain mekanis dan kontrol robot berkaki di masa depan,” Dr. Kamimura mengatakan.