새 모델은 치타의 고속 이동을 탐색하여 우리를 다리가 있는 로봇에 더 가깝게 만듭니다.

치타는 가장 빠른 육지 포유동물이지만 우리는 여전히 정확한 이유를 모릅니다. 우리는 가장 빠른 속도로 "질주하는" 보행을 사용하는 것과 같은 방법에 대한 통찰력을 가지고 있으며 두 가지 유형의 "비행"이 있습니다. 첫 번째는 앞다리와 뒷다리가 몸 아래에 있는 "집합 비행"이고 다른 하나는 앞다리와 뒷다리가 뻗어 있는 "확장 비행"입니다.

연장된 비행은 치타가 고속에 도달할 수 있도록 하는 역할을 하지만 정확히 얼마나 빠른지는 지상군과 특정 조건에 따라 다릅니다. 치타는 또한 모인 모드와 확장된 모드에서 구부리기와 스트레칭을 번갈아 가며 비행하는 동안 눈에 띄는 척추 움직임을 보여주며, 이를 통해 고속 이동이 가능합니다. 이 모든 지식에도 불구하고 우리는 여전히 이러한 능력을 담당하는 역학에 대해 많이 이해하지 못합니다.

동물의 실행 단계

일본 Nagoya Institute of Technology의 Tomoya Kamimura 박사는 지능 역학 및 운동을 전문으로 합니다. 

"모든 동물의 달리기는 비행 단계와 입각 단계를 구성하며 각 단계를 지배하는 역학이 다릅니다."라고 Kamimura 박사는 설명합니다.

비행 단계는 모든 발이 공중에 있고 전신의 질량 중심이 탄도 운동을 나타내는 것과 관련됩니다. 입각기 동안 지면 반발력은 발을 통해 신체에 흡수됩니다.

"이러한 복잡하고 혼성적인 역학으로 인해 관찰은 동물의 달리기 역학의 기본 메커니즘을 밝히는 데 지금까지만 도달할 수 있습니다."라고 Kamimura 박사는 계속합니다.

컴퓨터 모델링은 통찰력을 가져옵니다

달리는 동안 동물의 걸음걸이와 척추 움직임의 역동적인 관점을 더 잘 이해하기 위해 연구자들은 간단한 모델을 사용한 컴퓨터 모델링에 의존했으며 매우 성공적이었습니다. 

그렇긴 해도 질주하는 동안 발생하는 비행 및 척추 움직임의 유형을 탐구하는 연구는 아직 많지 않았기 때문에 연구팀은 과학 보고서, 수직 및 척추 움직임을 모방하는 간단한 모델에 의존합니다.

팀의 연구에는 치타의 다리를 나타내는 두 개의 강체와 두 개의 질량이 없는 막대로 구성된 XNUMX차원 모델이 포함되었습니다. 신체는 척추의 굽힘 동작을 복제한 관절과 비틀림 용수철로 연결되었습니다. 팀은 또한 앞다리와 뒷다리에 동일한 동적 역할을 할당했습니다. 

팀은 모델을 지배하는 단순화된 운동 방정식을 해결하여 XNUMX개의 가능한 주기적 솔루션으로 이어졌습니다. 그 중 XNUMX개는 질주하는 치타와 같은 두 가지 다른 비행 유형과 유사하고 XNUMX개는 치타와 달리 단 하나의 비행 유형과 유사합니다. 이는 솔루션에서 제공한 지면 반발력과 관련된 기준을 기반으로 합니다. 

그런 다음 측정된 치타 데이터로 기준을 검증했으며 팀은 실제 세계에서 질주하는 치타가 척추 굽힘을 통해 두 가지 비행 유형에 대한 기준을 충족한다는 것을 발견했습니다.

이 모든 것이 연구원들로 하여금 치타의 속도에 대한 새로운 통찰을 얻게 했습니다. 주기적인 해법은 또한 말의 질주가 제한된 척추 움직임의 결과로 모인 비행을 포함한다는 것을 밝혔습니다. 즉, 치타가 달성한 극도로 빠른 속도는 추가로 확장된 비행과 척추 굽힘의 결과라는 것을 의미합니다. 

“동물 종들 사이의 비행 유형의 차이를 뒷받침하는 메커니즘은 여전히 ​​불분명하지만, 우리의 발견은 치타의 고속 운동을 뒷받침하는 역동적인 메커니즘에 대한 이해를 확장합니다. 또한 향후 다리가 있는 로봇의 기계 및 제어 설계에 적용될 수 있습니다.”라고 Kamimura 박사는 말합니다.