โมเดลใหม่สำรวจการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงในเสือชีตาห์ ทำให้เราเข้าใกล้หุ่นยนต์ขาได้มากขึ้น

เสือชีตาห์เป็นสัตว์บนพื้นดินที่เร็วที่สุด แต่เรายังไม่รู้ว่าทำไมพวกมันจึงเร็วขนาดนั้น เรามีความเข้าใจว่าพวกมันใช้เทคนิค “การวิ่งแบบกาลโลป” เมื่อถึงความเร็วสูงสุด และพวกมันมีสองประเภทของ “การบิน” ประเภทแรกเกี่ยวข้องกับขาหน้าและขาหลังที่อยู่ใต้ร่างกาย และเรียกว่า “การบินแบบรวม” ในขณะที่อีกประเภทหนึ่งเกี่ยวข้องกับขาหน้าและขาหลังที่ยืดออกและเรียกว่า “การบินแบบขยาย”

การบินแบบขยายเป็นสิ่งที่ทำให้เสือชีตาห์สามารถวิ่งได้ด้วยความเร็วสูง แต่ความเร็วที่แน่นอนขึ้นอยู่กับแรงบนพื้นดินและเงื่อนไขเฉพาะ เสือชีตาห์ยังแสดงการเคลื่อนไหวของกระดูกสันหลังที่显-now durante การบิน โดยพวกมันสลับกันระหว่างการหดและยืดในโหมดการบินแบบรวมและขยาย ซึ่งช่วยให้พวกมันสามารถวิ่งได้ด้วยความเร็วสูง尽管เรามีความรู้เหล่านี้ แต่เรายังคงไม่เข้าใจมากนักเกี่ยวกับพลวัตที่รับผิดชอบต่อความสามารถเหล่านี้

ระยะการวิ่งในสัตว์

ดร. Tomoya Kamimura จาก Nagoya Institute of Technology ในญี่ปุ่น เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านกลไกอัจฉริยะและขบวนการ

“การวิ่งของสัตว์ทุกชนิดประกอบด้วยระยะการบินและระยะการยืน โดยมีพลวัตที่แตกต่างกันในการควบคุมระยะเหล่านั้น” ดร. Kamimura อธิบาย

ระยะการบินเกี่ยวข้องกับการที่ทั้งสี่ขาอยู่ในอากาศ และจุดศูนย์กลางของมวลของร่างกายแสดงการเคลื่อนที่แบบลูกปืน ระหว่างระยะการยืน แรงปฏิกิริยาบนพื้นดินจะถูกดูดซับโดยร่างกายผ่านขา

“เนื่องจากพลวัตที่ซับซ้อนและผสมผสานเหล่านี้ การสังเกตสามารถนำเราไปได้เพียงแค่บางส่วนในการทำความเข้าใจกลไกที่อยู่เบื้องหลังการวิ่งของสัตว์” ดร. Kamimura tiếp tục

การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ให้ข้อมูลเชิงลึก

เพื่อให้เข้าใจมุมมองพลวัตของการเดินและเคลื่อนไหวของกระดูกสันหลังระหว่างการวิ่ง นักวิจัยได้พึ่งพาการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ด้วยแบบจำลองที่ง่าย และมันประสบความสำเร็จอย่างมาก

อย่างไรก็ตาม ยังมีการศึกษาน้อยมากที่สำรวจประเภทของการบินและเคลื่อนไหวของกระดูกสันหลังระหว่างการวิ่งแบบกาลโลป ดังนั้นทีมวิจัยจึงดำเนินการวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Scientific Reports, โดยพึ่งพาแบบจำลองที่ง่ายซึ่งจำลองการเคลื่อนที่แนวตั้งและกระดูกสันหลัง

การศึกษาของทีมประกอบด้วยแบบจำลองสองมิติที่มีร่างกายที่แข็งแรงสองอันและบาร์ที่ไม่มีมวลสองอัน ซึ่งแสดงถึงขาของเสือชีตาห์ ร่างกายเหล่านั้นเชื่อมต่อกันด้วยข้อต่อ ซึ่งจำลองการหดของกระดูกสันหลัง และสปริงทอร์เชียน ทีมงานยังกำหนดบทบาทพลวัตที่เหมือนกันให้กับขาหน้าและขาหลัง

ทีมงานแก้สมการการเคลื่อนที่ที่ง่ายซึ่งควบคุมแบบจำลอง ซึ่งนำไปสู่วิธีแก้ปัญหาแบบจังหวะที่เป็นไปได้หกแบบ สองแบบเหมือนกับการบินสองประเภท เช่น การวิ่งแบบกาลโลปของเสือชีตาห์ และสี่แบบเหมือนกับการบินเพียงแบบเดียว ไม่เหมือนเสือชีตาห์ ซึ่งอาศัยเกณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับแรงปฏิกิริยาบนพื้นดิน ซึ่งได้มาจากวิธีแก้ปัญหาเหล่านั้น

เกณฑ์เหล่านั้นได้รับการยืนยันจากข้อมูลที่วัดได้ของเสือชีตาห์ และทีมงานพบว่าการวิ่งแบบกาลโลปของเสือชีตาห์ในโลกแห่งความเป็นจริงเป็นไปตามเกณฑ์สำหรับการบินสองประเภทผ่านการหดของกระดูกสันหลัง

สิ่งนี้นำไปสู่นักวิจัยที่ได้รับข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับความเร็วของเสือชีตาห์ วิธีแก้ปัญหาแบบจังหวะยังแสดงให้เห็นว่าการวิ่งแบบกาลโลปของม้าเกี่ยวข้องกับการบินแบบรวมเป็นผลมาจากการเคลื่อนไหวของกระดูกสันหลังที่ถูกจำกัด ซึ่งหมายความว่าความเร็วสูงมากที่เสือชีตาห์ทำได้เป็นผลมาจากการบินแบบขยายและการหดของกระดูกสันหลัง

“แม้ว่ากลไกที่อยู่เบื้องหลังความแตกต่างระหว่างประเภทการบินระหว่างสัตว์เหล่านี้ยังคงไม่ชัดเจน แต่ผลการวิจัยของเราขยายความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกพลวัตที่อยู่เบื้องหลังการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงในเสือชีตาห์ นอกจากนี้ยังสามารถนำไปใช้กับการออกแบบเครื่องกลและควบคุมของหุ่นยนต์ขาในอนาคต” ดร. Kamimura กล่าว