Новиот модел го истражува движењето со голема брзина кај гепардите, нè доближува до роботите со нозе

Гепардите се најбрзите копнени цицачи, но сè уште не знаеме точно зошто. Имаме увид во тоа како, како што е употребата на „галопирачко“ одење при нивните најбрзи брзини, и тие имаат два различни типа на „лет“. Првиот ги вклучува нивните предни екстремитети и задните екстремитети под нивното тело и се нарекува „собран лет“, додека другиот ги вклучува нивните предни екстремитети и задните екстремитети испружени и се нарекува „продолжен лет“.

Продолжениот лет е одговорен за овозможување на гепардите да постигнат големи брзини, но колку точно брзо зависи од копнените сили и специфичните услови. Гепардите, исто така, демонстрираат забележително движење на 'рбетот за време на летот, бидејќи тие наизменично се наведнуваат и се истегнуваат во собрани и продолжени режими, а тоа овозможува движење со голема брзина. И покрај сето ова знаење, сè уште не разбираме многу за динамиката одговорна за овие способности.

Фази на трчање кај животните

Д-р Томоја Камимура на технолошкиот институт Нагоја, Јапонија, е специјализиран за интелигентна механика и движење. 

„Секое животно трчање сочинува фаза на летот и фаза на држење, со различна динамика која ја регулира секоја фаза“, објаснува д-р Камимура.

Фазата на летот вклучува сите стапала да бидат во воздух и центарот на масата на целото тело покажува балистичко движење. За време на фазата на држење, силите за реакција на земјата се апсорбираат од телото преку стапалата.

„Поради таквата сложена и хибридна динамика, набљудувањата можат да нè доведат до сега во разоткривањето на механизмите кои лежат во основата на динамиката на трчање на животните“, продолжува д-р Камимура.

Компјутерското моделирање носи увид

Со цел да се добие подобро разбирање на динамичката перспектива на одењето на животните и движењето на 'рбетот за време на трчањето, истражувачите се потпираа на компјутерско моделирање со едноставни модели и тоа беше исклучително успешно. 

Со тоа, допрва треба да има многу студии кои ги истражуваат типовите на летот и движењето на 'рбетот што се случуваат за време на галопирање, така што истражувачкиот тим презеде студија објавена во Научни извештаи, потпирајќи се на едноставен модел кој имитира вертикално движење и движење на 'рбетот.

Студијата на тимот вклучуваше дводимензионален модел кој се состои од две цврсти тела и две шипки без маса, кои ги претставуваат нозете на гепардот. Телата биле поврзани со спој, кој го повторувал движењето на свиткување на 'рбетот и торзиона пружина. Тимот исто така додели идентични динамични улоги на предните и задните нозе. 

Тимот ги реши поедноставените равенки на движење кои управуваа со моделот, што доведе до шест можни периодични решенија, од кои две наликуваа на два различни типа лет, како гепард што галопира, а четири наликуваа на само еден тип на лет, за разлика од гепардите. Тие беа базирани на критериумите поврзани со силите за копнена реакција, кои беа предвидени со решенијата. 

Критериумите потоа беа потврдени со измерени податоци за гепард, а тимот откри дека галопирањето на гепард во реалниот свет го задоволува критериумот за два типа лет преку свиткување на 'рбетот.

Сето ова доведе до тоа истражувачите да добијат свеж увид во брзината на гепардите. Периодични решенија, исто така, открија дека галопирањето со коњ вклучува собран лет како резултат на ограничено движење на 'рбетот, што значи дека екстремно високите брзини што ги постигнуваат гепардите се резултат на дополнителниот продолжен лет и свиткување на 'рбетот. 

„Иако механизмот кој лежи во основата на оваа разлика во типовите на летови меѓу животинските видови сè уште останува нејасен, нашите наоди го прошируваат разбирањето на динамичките механизми кои лежат во основата на движењето со голема брзина кај гепардите. Понатаму, тие можат да се применат на механичкиот и контролниот дизајн на роботите со нозе во иднина“, вели д-р Камимура.