Odd Body, Great Legs, Laufen Wie Der Wind

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Strauße sehen von kopf bis fuß seltsam aus, aber die herausfordernde laborarbeit (aus dem weg!) zeigt, dass diese vögel das laufen beherrschen, wie es kein mensch kann.

Die eiförmigen Torsos von Straußen könnten für das ungeschulte Auge zu unbeholfenen Läufern werden.

Neue Erkenntnisse legen jedoch nahe, dass ihre merkwürdigen Zahlen den flugunfähigen Vögeln beim Laufen behutsam helfen. Die Forscher sagen, ihre Arbeit könnte letztendlich dazu beitragen, Patienten mit Rückenmarksschäden verbesserte Chancen für eine bessere Fortbewegung zu geben.

Der vergleichende Biomechaniker der Arizona State University, Devin Jindrich, hat mehrere Jahre lang mathematische Modelle entwickelt, um das Manövrieren von Tieren anhand von Details wie Körpermasse, Trägheit, Laufgeschwindigkeit und Beinplatzierung vorherzusagen. Er verifizierte seine Modelle mit dem sechsbeinigen Herumwischen von Kakerlaken und dem zweibeinigen Laufen von Menschen.

Im Hinblick auf die Evolution ist der Bipedalismus für Menschen jedoch relativ neu im Vergleich zu anderen Organismen, die schon lange auf der Erde sind. Jindrich und seine Kollegen in Großbritannien wollten sehen, wie gut das Modell an flugunfähigen Vögeln gearbeitet hat, die Millionen von Jahren eher an aufrechtes Laufen gewöhnt sind als Menschen. Diese Vögel rennen entweder, um Raubtieren zu entkommen, oder bei den uralten Terrorvögeln, um Beute zu jagen.

Die Wissenschaftler trainierten acht Straußen, um einen 75 Fuß langen Gummipfad und über eine Platte auf der Hälfte der Landebahn hinunterzulaufen, mit der die Kraft gemessen wurde, mit der ihre Füße den Boden berühren. Sie verwendeten auch acht Kameras um die Plattform herum, um die Positionen der reflektierenden Marker auf den Straußenkörpern aufzunehmen. Motion Capture-Software, ähnlich wie die, die zum Erstellen von Filmen wie der "Herr der Ringe" -Trilogie verwendet wurde, analysierte dann die Platzierung dieser Marker, um die Körper- und Gelenkpositionen von Strauß zu verfolgen.

Achtung!

Die Vögel liefen entweder in einer geraden Linie oder um Hindernisse herum, z. B. eine Pappschachtel, die unmittelbar hinter der Kraftplatte angeordnet war, wodurch die Strauße die Richtung ändern mussten, um dem Objekt auszuweichen. Die Forscher hatten jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten, die flugunfähigen Vögel zu überzeugen, das zu tun, was sie wollten.

"Das bedeutete, eine Plastiktüte hinter sich zu schütteln, um sie zum Laufen zu motivieren - das Geräusch gefiel ihnen nicht -, und die Experimentatoren sorgfältig im Raum zu positionieren, damit die Vögel nicht erschreckt wurden", erinnert sich Jindrich. "Die Folgen eines falschen Lesens der Vögel könnten schwerwiegend sein. Bei einigen Gelegenheiten wurden sie verwirrt und liefen direkt durch den Computer und das Kamerasystem. Zum Glück war nichts kaputt, aber es war ein enger Anruf."
"Die Vögel sind auf jedes glänzende Ding fixiert. Wenn Sie also lange im Experimentierraum stehen geblieben wären, würden Sie mit vier oder fünf Vögeln umgeben sein, die auf alles glitzern, das an Ihrem Körper glänzte - Reißverschlüsse, Nieten an Jeans und so weiter," er fügte hinzu. "Zum Glück waren dies keine aggressiven Happen, aber es könnte trotzdem ein bisschen verwirrend sein."

Einfaches Manövrieren

Um erfolgreiche Kurven zu machen, darf ein Läufer nicht überdrehen. Der Mensch verlangsamt sich, um eine Überdrehung zu verhindern, aber die Wissenschaftler stellten fest, dass sich die Strauße im Durchschnitt mit weniger Aufwand verlangsamen, wenn sie ausweichen.

"Die Strauße scheinen so geformt zu sein, dass das Manövrieren" einfach "ist", sagte Jindrich WordsSideKick.com.

Jindrichs Berechnungen zufolge hat der eiförmige, horizontal ausgerichtete Körper des Straußes eine höhere Trägheit, als er verläuft, als die eher vertikale Körperform des Menschen. Dies führt dazu, dass der Straußkörper schwerer zu drehen ist und weniger wahrscheinlich als der Mensch zu viel dreht. Die Vögel ändern ihre Richtung, indem sie ihren Körper in Kurven drehen.

"Diese Erkenntnisse sind wichtig, um zu verstehen, warum terrestrische Tiere so geformt werden, wie sie sind", sagte Jindrich. Er und seine Kollegen werden ihre Ergebnisse in der 15 Journal of Experimental Biology.

Hilfe bei Verletzungen

Jindrich arbeitet nun daran, diese Erkenntnisse anzuwenden, um die Fortbewegung nach einer Verletzung zu verbessern. Zu den Ideen gehören elektronische Systeme, die Muskeln und Nerven stimulieren.

"Ich möchte biomechanikbasierte Steuerungen entwickeln, die Menschen helfen, mit Verletzungen zu manövrieren und während der Fortbewegung stabil zu bleiben", sagte Jindrich.

Jindrich fügte hinzu, dass seine Arbeit auch zur Verbesserung der Physiotherapie beitragen könnte.

"Durch ein besseres Verständnis der Manövrierfähigkeit und Stabilität hoffe ich, das Rehabilitationstraining zu verbessern, da Manövrierfähigkeit und Stabilität für eine erfolgreiche Fortbewegung unerlässlich sind", sagte er.

Der vergleichende Physiologe Young-Hui Chang des Georgia Institute of Technology sagte, er sei begeistert, dass die von Jindrich und seinen Kollegen entwickelten Modelle zur Steuerung der Manövrierfähigkeit sich nun in verschiedenen Arten auswirken.

"Wenn Sie die einfachen physischen Regeln verstehen können, die Tiere zur Bewegung befolgen müssen, können Sie die Variablen manipulieren, um neue Ideen zu generieren", erklärte er nicht nur für die Physiotherapie, sondern auch für "autonome auf Beinen stehende Roboter und Fahrzeuge".

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