Auf der realen Erde haben Tetrapoden entweder Plantigrade- oder Digitigrade-Beine. In beiden Fällen beugt sich das Knie nach vorne, aber bei digitalen Abstufungen kann das Sprunggelenk die Illusion eines “ rückwärts gerichteten Knies “ vermitteln. Ich bin gespannt, wie sich ein Bein mit einem echten Knie nach hinten in Bezug auf die Leistung mit Beinen mit Digitigrade (und Plantigrade) vergleichen lässt. Ich habe eine beschriftete Abbildung beigefügt, um anzuzeigen, wie sich die Körperteile zwischen den von mir vorgeschlagenen Beinstrukturen ausrichten. 
Die Anzeige über Plantigrade- und Digitigrade-Beine zeigt, dass Plantigrade-Beine stabiler und besser sind Langstreckenlauf, bei dem die Beine im Digitalbereich besser für die Geschwindigkeit sind. Wäre das Setup für Knie / Rückwärts-Plantigrade näher an Plantigrade oder Digitigrade? Wie würde es die Dinge beeinflussen, wenn diese Kreaturen überhaupt kein Kniescheibenäquivalent hätten (wie unsere Ellbogen)?
(Als Fußnote sind die Wesen, denen ich diese rückwärts gerichteten Knie geben möchte, horizontale Zweibeiner wie Strauße, nicht Humanoide.)
Kommentare
- Bei Fledermäusen treten echte Knie nach hinten auf. Es gibt jedoch nicht ‚ viele terrestrische Fledermäuse, so dass es ‚ schwierig ist, daraus Schlussfolgerungen zu ziehen. Knie nach hinten können möglicherweise mehr Kick geben, wie Heuschreckenbeine.
- Versuchen Sie, rückwärts zu laufen, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie es sich anfühlen würde. Oder versuchen Sie, rückwärts nach oben zu gehen. Die Hebelwirkung ist völlig anders.
Antwort
Es wird näher an der Pflanzung sein. Sie sehen, das Digitigrade-Bein ist nicht nur ein Knöchel, der als zweites rückwärtiges Knie fungiert. Es ist eine Anpassung, die die Oberfläche des Fußes verringert, die den Boden berührt und normalerweise das Glied streckt, wodurch die Kreatur leiser und ruhiger wird effizient beim Laufen. Darüber hinaus ist ein digitales Bein aufgrund seiner Anordnung von Muskeln und Sehnen gut zum Laufen geeignet, wobei die schnellsten Tiere normalerweise die Muskeln auf das Oberschenkel konzentrieren und sich hauptsächlich auf Sehnen für die Gelenke des Unterschenkels verlassen (dies ermöglicht eine elastischere Bewegung). Dies bedeutet einen geringeren Energie- und Impulsverlust beim Laufen und erleichtert das Bewegen der Extremität, da diese Anordnung von Muskeln und Sehnen dazu neigt, die Masse an den Extremitäten zu verringern und somit die Bewegung der Extremität zu erleichtern.
Ihr umgekehrtes Plantigrade-Bein ist im Grunde ein rückwärtiges Bein mit einem umgekehrten (zumindest für uns). Die Kreaturen, die eine solche Gliedmaßenorientierung haben, sind Fledermäuse, die sich alle vierbeinig auf dem Boden bewegen und nicht gerade liebenswürdig sind. Das einzige Tier, das ich kenne, das diese Gliedmaßenstruktur hat und von dem auch bekannt ist, dass es rennt, ist das Gemeinsame Vampirfledermaus (Desmodus rotundus). Diese Fledermäuse haben sich aufgrund ihres speziellen Lebensstils gut angepasst, um sich trotz ihrer umfangreichen Anpassungen für den Flug auf dem Boden bewegen zu können. Schauen wir uns an, wie sie laufen, ja?
Daraus können wir ersehen, wie diese Fledermäuse aussehen
Vierfachlauf. 2- Verlassen Sie sich beim Laufen hauptsächlich auf ihre Arme.
Das Hauptproblem bei der Platigradenstruktur in Ihrem Szenario besteht darin, dass sie so strukturiert ist, dass sie sich entgegen der Richtung biegt, in die das Gewicht abgewinkelt wird Wenn Sie jemals versucht haben, sich rückwärts zu wölben, haben Sie wahrscheinlich bemerkt, wie schwierig es ist, sich selbst auszugleichen. Eine solche Anordnung der Beine an sich ist nicht unbedingt schlecht (die meisten Fledermäuse haben sie, soweit ich weiß, also eindeutig in irgendeiner Weise von ihnen vorteilhaft), aber für eine zweibeinige straußenähnliche Kreatur wird dies eine sein Problem. Sie werden nicht nur nicht annähernd so schnell oder stabil wie ein Strauß sein, sondern auch nicht so energieeffizient, wie wenn sie “ “ Ihre Knie müssen viel Energie aufwenden, um sich beim Laufen oder Gehen auszugleichen.
In Bezug auf die Kniescheibe besteht ihre Funktion darin, das Gelenk zu strecken und es vor Stößen zu schützen Daher sehe ich einen weiteren möglichen Nachteil darin, dass es fehlt (Strauße, die extrem für das Laufen geeignet sind, haben 2 Kniescheiben pro Bein).
Kommentare
- Vielen Dank! Ich glaube, ich werde ‚ das Knie mit umgekehrter Plantigrade verschrotten (aber vielleicht in Zukunft für Fledermaus-Aliens wiederverwenden?)
- @rustbird Sounds Erfolgreiche Designs erscheinen in der Regel mehrmals in verschiedenen Kreaturen, sodass fledermausähnliche Aliens mit ähnlichen Strukturen völlig vernünftig klingen.
Antwort
Betrachten Sie ein menschliches Gehen.
Achten Sie auf die Seitenansicht und darauf, was mit dem Fuß passiert. Knöchel und Knie.Wenn der gepflanzte Fuß unter den Körper geht, beginnt er sich auszudehnen und hebt die Ferse vom Boden ab. Dann geben die Zehen einen letzten Schub. Nachdem dieser Schub erfolgt ist, beugt sich das Knie, so dass die Zehen den Boden freimachen können. Dann schwingt das Oberschenkel mit der unteren Gefolgschaft nach vorne und schwingt nach vorne, um es in eine direkte Linie mit dem Oberschenkel zu bringen, sodass der Fuß vor dem Körper ist. in Position, um die Ferse für den nächsten Schritt zu pflanzen.
Der Unterschenkel wirkt wie ein Pendel. Wenn dort überhaupt keine Muskeln wären, würde die Gehbewegung immer noch funktionieren, wie Sie bei jemandem sehen können, der nach einer Amputation über dem Knie eine Prothese hat, bei der der gesamte Schritt ausschließlich durch die Bewegung des Oberschenkels ausgeführt wird. Da die untere Extremität wie ein frei schwingendes Pendel wirkt, benötigt die Unterschenkelmuskulatur nach dem Anheben des Fußes nur sehr wenig Energie, um sich auf den nächsten Schritt vorzubereiten. Im Wesentlichen, wenn das Oberschenkel schwingt Vorwärts wird der Unterschenkel kostenlos nach vorne geschwenkt. Dann bewegt sich der Körper beim Pflanzen aufgrund der Bewegung des Oberschenkels über die Oberseite.
Die einzige größere Anstrengung seitens des Unterschenkels Bein ist der letzte Zehenschub. Beachten Sie auch, dass Ober- und Unterschenkel gerade sind, damit die Kraft so effizient wie möglich auf den gesamten Körper übertragen werden kann. Wenn sich das Knie bei diesem Schub beugen würde, würde es zu einer ineffizienten Energieübertragung kommen.
Deshalb können Dinge wie Hockenlaufen oder Gehen nicht aufrechterhalten werden: Das immer gebeugte Knie bedeutet weniger Effiziente Energieübertragung. Eine Person in angemessener Form kann stundenlang ununterbrochen laufen. Jemand, der gezwungen ist, die Knie die ganze Zeit über leicht gebeugt zu gehen, kann möglicherweise einige hundert Meter weit gehen und ist wahrscheinlich am Ende in Qual.
Schauen Sie sich jetzt Ihr rückwärtiges Knie an. Der Unterschenkel kann den Pendeleffekt nicht ausnutzen, da er nach oben gezogen werden muss, um nach vorne zu schwingen. Während der menschliche Unterschenkel nach vorne schwingt und ohne Muskelanstrengung daran gehindert wird, weiter durch das Kniegelenk zu gehen, benötigen Sie im rückwärtigen Knie Muskeln, um das Bein auf der Stufe zu strecken und gerade zu halten, da die natürliche Neigung darin besteht, dass sich das Gelenk faltet nach vorne. Die Muskeln sind gezwungen, die ganze Zeit zu arbeiten.
Denken Sie jetzt darüber nach, was im letzten Teil des Schritts passiert, wenn die Zehen den Schub erzeugen, wenn die Hölle angehoben wird. Nun, wie wird die Ferse angehoben? Wieder ein Blick auf das normale Knie: Sobald der Zehenschub beendet ist, schwingt das Oberschenkel nach vorne, wodurch sich das Knie beugt. Dies verkürzt die effektive Gesamtlänge des Beins und ermöglicht es dem Fuß, den Boden beim Vorwärtsschwingen gerade freizumachen.
Auf dem rückwärtigen Knie kann dies nicht passieren. Es gibt keine glatte, energieeffiziente Länge Möglichkeit, den Unterschenkel anzuheben, um den Boden freizumachen, während er sich vorwärts bewegt. Der einzige Weg, wie ich sehen kann, ist, dass Zweibeiner mit umgekehrten Knien ständig hüpfen müssen und sich so stark abstoßen müssen, dass genügend Platz vorhanden ist, um den Boden freizumachen, sodass Knöchel und Knie gebeugt werden können, um sie nach oben zu ziehen und den Boden freizumachen Dies wird unweigerlich zu viel mehr Energie führen, die darauf abzielt, den Körper auf und ab zu bewegen, anstatt nach vorne, was insgesamt viel weniger energieeffizient ist.
Es könnte einen Weg geben, um das Problem des springenden Torsos zu umgehen, und das auch „s wenn der Biped mit umgekehrten Knien das Knie nie wirklich gestreckt hat und es kontinuierlich gebeugt bleibt, um im Grunde genommen als Stoßdämpfer zu wirken, um den in den Oberkörper gerichteten Aufwärtsschub zu minimieren. Aber dann stößt das wieder auf das Problem der Energieeffizienz: Ein erheblicher Teil der von den Füßen und Zehen erzeugten Kraft wird nicht für Vorwärtsbewegungen verwendet und geht verloren.
Zurück zu dem Punkt, den ich angesprochen habe Ein prothetischer Unterschenkel und wie in einem normalen menschlichen Knie nichts anderes als die Bewegung des Oberschenkels erforderlich ist, um zu funktionieren, würde ein prothetischer Unterschenkel an dem Teil mit dem Rückwärtsknie-Biped eine Art angetriebenen Mechanismus erfordern, um zu funktionieren Funktionieren. Das zeigt den Unterschied in der Energieeffizienz zwischen den beiden: Man kann ohne Strom funktionieren, man könnte nicht.
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- Vielen Dank, das war sehr hilfreich! Ich schätze die Erklärung der Beinphysik.