Digitigrade vs. ægte baglæns knæ

Det vil være tættere på plantesalg. Ser du, det digitigrade ben handler ikke kun om anklen, der fungerer som et andet baglæns knæ, det er en tilpasning, der mindsker overfladearealet på foden, der berører jorden og som regel forlænger lemmerne, hvilket gør skabningen mere lydløs og mere effektiv til at køre. Derudover er et digitigrade ben godt til løb normalt på grund af dets disposition af muskler og sener, hvor de hurtigste dyr normalt koncentrerer musklerne på overbenet og hovedsagelig stoler på sener til underbenets artikulationer (dette giver mulighed for mere elastisk bevægelse, hvilket betyder mindre tab af energi og momentum under løb, såvel som at gøre det lettere at bevæge lemmerne, da denne disposition af muskler og sener har tendens til at reducere massen ved ekstremiteterne og dermed gøre lemmerne lettere at bevæge sig.

Dit omvendte plantigrade ben er dybest set et bagudben med et omvendt (i det mindste for os). De væsner, der har en sådan lemorientering, er flagermus, som alle bevæger sig på jorden på en firbenet måde og ikke er nøjagtige over det. Det ene dyr, jeg kender, har denne lemmerstruktur og også er kendt for at løbe, er det almindelige vampyrfladdermus (Desmodus rotundus). Disse flagermus er på grund af deres specialiserede livsstil blevet godt tilpasset til at kunne bevæge sig på jorden på trods af deres omfattende tilpasning til flyvning. Lad os se på, hvordan de løber, ja?

Herfra kan vi se, hvordan disse flagermus

1-kørsel på firkantet måde. 2- stole mest på deres arme til at løbe.

Hovedproblemet med platigradestrukturen i dit scenario er, at den er struktureret til at bøje på en måde, der er modsat den, hvor vægten vinkles mod Hvis du nogensinde har forsøgt at bue dig selv baglæns, har du sandsynligvis bemærket, hvor svært det er at balancere dig selv. Et sådant arrangement af benene i sig selv er ikke nødvendigvis dårligt (de fleste flagermus har det, så vidt jeg ved, så det er tydeligt fordelagtigt fra dem på en eller anden måde), men for en bipedal strudslignende væsen vil dette være en problem. Ikke kun vil de ikke være næsten lige så hurtige eller stabile som en struds, de vil heller ikke være så energieffektive, som når de ” låser op ” deres knæ, de bliver nødt til at afsætte en masse energi til at balancere sig selv, mens de løber eller går.

Med hensyn til knæskallen er dens funktion at hjælpe med at udvide leddet såvel som at beskytte det mod stød , så jeg ser en anden potentiel ulempe ved at mangle den (strudse, der er ekstremt tilpassede til at løbe, har 2 knæskåber pr. ben).

Kommentarer

• Tak! Jeg tror, jeg ‘ Jeg skrotter det omvendte plantigrade knæ opsat (men måske genbruger det i fremtiden for flagermusudlændinge?)
• @rustbird lyder som en god plan. Succesrige designs har tendens til at vises flere gange i forskellige væsner, så flagermuslignende rumvæsener med lignende strukturer lyder fuldstændig rimelige.

Overvej et menneske at gå.

Vær opmærksom på sidebillede og hvad der sker med foden, ankel og knæ.Når den plantede fod går under kroppen, begynder den at strække sig, løfte hælen fra jorden og derefter tæerne og give et sidste tryk. Efter at skubbet er sket, bøjes knæet, så tæerne rydder jorden, så overbenet svinger fremad med det nederste og svinger fremad for at bringe det i en direkte linje med overbenet, så foden er foran kroppen, i stand til at plante hælen til næste trin.

Underbenet fungerer som et pendul. Hvis der overhovedet ikke var nogen muskler, ville gåbevægelsen stadig fungere, som du kan se med en person, der har et proteselem efter en amputation over knæet, hvor hele trin udføres udelukkende ved bevægelse af overbenet. Fordi underbenet fungerer som et frit svingende pendul, kræves der meget lidt energi fra underbenets muskler, efter at foden er løftet for at gøre sig klar til næste trin. I det væsentlige, da overbenet svinger fremad underbenet svinges fremad gratis. Derefter bevæger kroppen sig over toppen på grund af overbenets bevægelse, da den er plantet.

Den eneste store anstrengelse fra den nedre del benet er den sidste tåstød. Og bemærk, at overbenet og underbenet er lige, når det sker, så kraften kan overføres så effektivt som muligt til hele kroppen. Hvis knæet bøjede sig, som det skub, skete, ville der være en ineffektiv energioverførsel.

Derfor kan ting som crouch-running eller walking ikke opretholdes: det altid bøjede knæ betyder mindre effektiv energioverførsel. En person i rimelig form kan gå kontinuerligt i timevis. En person, der er tvunget til at gå med knæene, selv bøjet let hele tiden, kan muligvis gå et par hundrede meter og sandsynligvis være i smerte ved udgangen.

Se nu på dit bagudvendte knæ. Underbenet kan ikke udnytte penduleffekten, fordi det bliver nødvendigt at trække opad for at svinge fremad. Mens det menneskelige underben svinger fremad og stoppes uden muskuløs indsats fra at gå længere af knæleddet, i det bagudvendte knæ har du brug for muskler til at rette benet ud på trinnet og holde det lige, fordi den naturlige tilbøjelighed ville være for leddet at folde sig frem. Musklerne er tvunget til at arbejde hele tiden.

Tænk nu på, hvad der sker i den sidste del af trinnet, da tæerne genererer stød, når helvede løftes. Nå, hvordan løftes hælen? Ser igen på det normale knæ: Ligesom tåen er færdig, svinger overbenet fremad, hvilket får knæet til at bøje. Dette forkorter den samlede effektive længde af benet, så foden bare kan rydde jorden, når den svinger fremad.

På det bageste knæ kan det ikke ske. Der er ingen glat, energieffektiv måde at løfte underbenet for at rydde jorden, når det bevæger sig fremad. Den eneste måde, jeg kan se det ske på er, at bakkeknæede biped konstant skulle springe og skubbe hårdt nok af, så der er plads nok til at rydde jorden, så anklen og knæet kan bøjes for at trække dem op for at rydde jorden Dette vil uundgåeligt resultere i meget mere energi rettet mod at bevæge kroppen op og ned i stedet for fremad og dermed meget mindre energieffektivt generelt.

Der kan være en vej rundt om det hoppende torsoproblem, og at “s hvis den omvendte knæede biped aldrig rigtigt rettet knæet og holdt det bøjet kontinuerligt for grundlæggende at fungere som en støddæmper for at minimere mængden af opadgående tryk, der er rettet ind i torsoen. Men så løber det igen ind i energieffektivitetsproblemet: en væsentlig del af kraften skabt af fødder og tæer bruges ikke til fremadgående bevægelse og går tabt.

Gå tilbage til det punkt, jeg gjorde om et protesisk underben, og hvordan det i et normalt menneskeligt knæ ikke kræver noget andet end bevægelsen af overbenet for at fungere, et protesisk underben på den del, der er bagud-knæet, skal kræve en slags drevet mekanisme for at at fungere. Det demonstrerer forskellen i energieffektivitet mellem de to: man kan fungere uden strøm, man kunne ikke.

Kommentarer

• Tak, dette var meget nyttig! Jeg sætter pris på forklaringen på benfysik.