Cheetahların Yüksek Hızlı Hareketini Araştırarak Bacaklı Robotlara Doğru Giden Yeni Model

Cheetahlar dünyanın en hızlı kara memelileridir, ancak nedenini tam olarak bilmemiz masih yoktur. Nasıl olduklarını anlamamız için bazı ipuçları vardır, örneğin en hızlı hızlarında “galloping” adı verilen bir yürüyüş şekli kullanmaları ve iki farklı “uçış” türüne sahip olmaları. İlk uçış türü, ön ve arka bacaklarının vücudunun altında olması ve “toplanmış uçış” olarak adlandırılmasıdır, diğer uçış türü ise ön ve arka bacaklarının uzatılması ve “uzatılmış uçış” olarak adlandırılmasıdır.

Uzatılmış uçış, cheetahların yüksek hızlara ulaşmasını sağlar, ancak ne kadar hızlı olduklarını belirleyen zemin kuvvetleri ve özel koşullardır. Cheetahlar ayrıca uçuş sırasında önemli omurilik hareketi sergilerler, çünkü toplu ve uzatılmış modlar arasında esneme ve gerilme arasında değişirler ve bu da yüksek hızda locomotion sağlar. Tüm bu bilgilerimize rağmen, bu yeteneklerin sorumlusu olan dinamikleri anlamamız masih yoktur.

Hayvanlarda Koşu Aşamaları

Japonya’da Nagoya Teknoloji Enstitüsü’nde çalışan Dr. Tomoya Kamimura, akıllı mekanik ve locomotion konusunda uzmanlaşmıştır.

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

Uçuş aşaması, tüm ayakların havada olması ve vücudun merkezi kütlesinin balistik hareket sergilemesiyle karakterize edilir. Duruş aşamasında, zemin tepkisi kuvvetleri vücudun ayakları aracılığıyla emilir.

“Bu kadar karmaşık ve melez dinamiklere sahip olduğumuz için, gözlemlerimiz hayvanların koşu dinamikleri mekanizmalarını anlamamızda sadece belirli bir noktaya kadar ilerleyebilir” diye devam ediyor Dr. Kamimura.

Bilgisayar Modellemesi Açıklamaya Yardımcı Olur

Hayvanların yürüyüşü ve omurilik hareketi hakkında daha iyi bir anlayış kazanmak için, araştırmacılar basit modellerle bilgisayar modellemesine başvurmuşlardır ve bu çok başarılı olmuştur.

Bununla birlikte, galloping sırasında gerçekleşen uçuş ve omurilik hareketi türlerini araştıran çalışmalar henüz çok fazla değildir, bu nedenle araştırma ekibi Scientific Reports dergisinde yayımlanan bir çalışmaya başvurmuştur ve dikey ve omurilik hareketini taklit eden basit bir model kullanmıştır.

Ekibin çalışması, iki katı cisim ve iki kütlesiz çubuktan oluşan iki boyutlu bir modeli içermekteydi ve bu, cheetahın bacaklarını temsil etmekteydi. Cisimler, omuriliğin bükülme hareketini taklit eden bir eklem ile birbirine bağlanmıştı ve bir burulma yayı da eklenmişti. Ekibe ayrıca ön ve arka bacaklara aynı dinamik roller atanmıştır.

Ekibin modelin hareket denklemlerini çözmesi, altı olası periyodik çözüme yol açmıştır, ikisi cheetahın gallopingine benzeyen iki farklı uçuş türünü andırmaktadır ve dördü cheetahlar gibi olmayan tek bir uçuş türünü andırmaktadır. Bu çözümler tarafından sağlanan zemin tepkisi kuvvetlerine bağlı kriterlere dayanmaktadır.

Kriter daha sonra gerçek cheetah verisiyle doğrulanmıştır ve ekip, cheetahların gerçek dünyada omurilik bükülmesi yoluyla iki uçuş türünü karşılayan kriteri karşıladıklarını bulmuştur.

Tüm bunlar, araştırmacıların cheetahların hızına ilişkin yeni bilgiler elde etmelerine yol açmıştır. Periyodik çözümler ayrıca, atların gallopinginin, omurilik hareketinin kısıtlanması nedeniyle toplu uçuş sonucu olduğunu ve cheetahların cực yüksek hızlarının, ek uzatılmış uçuş ve omurilik bükülmesi sonucu olduğunu ortaya koymuştur.

“Hayvan türleri arasındaki bu uçuş türleri arasındaki farkın mekanizması masih belirsiz olsa da, cheetahların yüksek hızda locomotionunun dinamik mekanizmalarını anlamamızı genişletiyoruz. Ayrıca, bu bulgular gelecekte bacaklı robotların mekanik ve kontrol tasarımına uygulanabilir” diyor Dr. Kamimura.