Yeni Model, Çita’larda Yüksek Hızlı Hareketi Araştırıyor ve Bize Bacaklı Robotlara Daha Yakın Getiriyor

Çitalar, en hızlı kara memelileridir, ancak nedenini tam olarak hala bilmiyoruz. En hızlı hızlarında “galop” adı verilen bir yürüyüş şekli kullanmaları ve iki farklı türde “uçuş” yapmaları gibi nasıl yaptıklarına ilişkin bir anlayışımız var. İlki, ön ve arka bacaklarının vücudunun altında olduğu ve “toplu uçuş” olarak adlandırılan bir uçuştur, diğeri ise ön ve arka bacaklarının uzatıldığı ve “uzatılmış uçuş” olarak adlandırılan bir uçuştur.

Uzatılmış uçuş, çitaların yüksek hızlara ulaşmasını sağlar, ancak ne kadar hızlı olacağı yer forcesi ve özel koşullara bağlıdır. Çitalar ayrıca uçuş sırasında önemli bir omurilik hareketi sergilerler, çünkü toplanmış ve uzatılmış modlar arasında esneme ve uzama arasında değişirler ve bu da yüksek hızlı lokomosyonu sağlar. Tüm bu bilgilerimize rağmen, bu yeteneklerden sorumlu dinamik hakkında çok fazla şey bilmiyoruz.

Hayvanlarda Koşu Aşamaları

Japonya’daki Nagoya Teknoloji Enstitüsü’nden Dr. Tomoya Kamimura, akıllı mekanik ve lokomosyon konusunda uzmanlaşmıştır.

“Tüm hayvan koşuları, bir uçuş aşaması ve bir duruş aşamasından oluşur ve her aşama farklı dinamiklerle yönetilir” diye açıklıyor Dr. Kamimura.

Uçuş aşamasında tüm ayaklar havada olur ve vücudun merkezi kütleleri balistik hareket gösterir. Duruş aşamasında, yer reaksiyon forcesi vücut tarafından ayaklar aracılığıyla emilir.

“Bu kadar karmaşık ve melez dinamiklere sahip olduğumuz için, gözlemler hayvanların koşu dinamiklerinin altında yatan mekanizmaları açıklamada bizi yalnızca belirli bir noktaya kadar götürebilir” diye devam ediyor Dr. Kamimura.

Bilgisayar Modellemesi Açıklamaya Yardımcı Oluyor

Hayvan yürüyüşü ve koşu sırasında omurilik hareketi hakkında daha iyi bir anlayış kazanmak için araştırmacılar, basit modellerle bilgisayar modellemesine güvenmiştir ve bu çok başarılı olmuştur.

Bununla birlikte, galop sırasında gerçekleşen uçuş türleri ve omurilik hareketi hakkında çok fazla çalışma yapılmamıştır, bu nedenle araştırma ekibi, Scientific Reports, dikey ve omurilik hareketini taklit eden basit bir model kullanarak bir çalışma gerçekleştirdi.

Ekibin çalışması, iki katı cisim ve iki kütlesiz çubuktan oluşan iki boyutlu bir modeli içeriyordu, bunlar çita bacaklarını temsil ediyordu. Cisimler, omuriliğin bükülme hareketini taklit eden bir eklem ve bir burulma yayı ile birbirine bağlanmıştı. Ekibe ayrıca ön ve arka bacaklara aynı dinamik roller atandı.

Ekibin modelin hükmettiği basitleştirilmiş hareket denklemlerini çözmesi, altı olası periyodik çözüme yol açtı, ikisi bir çita galop gibi iki farklı uçuş türüne benziyordu ve dördü yalnızca bir uçuş türüne benziyordu, bu da çitalarınkinden farklıydı. Bunlar, çözümler tarafından sağlanan yer reaksiyon forcesine ilişkin kriterlere dayanıyordu.

Kriter daha sonra ölçülen çita verisi ile doğrulandı ve ekip, gerçek dünyada çita galopunun omurilik bükülmesi yoluyla iki uçuş türüne ilişkin kriteri karşıladığını buldu.

Tüm bunlar, araştırmacılara çitaların hızı hakkında yeni bir bakış açısı kazandırdı. Periyodik çözümler ayrıca, at galopunun, omurilik hareketinin kısıtlanması sonucu toplanmış uçuşu içerdiğini ve çitaların ulaştığı cực yüksek hızların, ilave uzatılmış uçuş ve omurilik bükülmesi sonucu olduğunu ortaya koydu.

“Hayvan türleri arasındaki uçuş türlerindeki bu farkın altında yatan mekanizma hala belirsiz olsa da, bulgularımız çitalarda yüksek hızlı lokomosyonun altında yatan dinamik mekanizmaların anlayışını genişletiyor. Ayrıca, bunlar gelecekte bacaklı robotların mekanik ve kontrol tasarımına uygulanabilir” diyor Dr. Kamimura.