Quindi, sulla Terra nella vita reale, i tetrapodi hanno gambe plantigradi o digitigradi. In entrambi i casi, il ginocchio si piega in avanti, ma nei gradi digitali larticolazione della caviglia può dare lillusione di un ” ginocchio allindietro “. Sono curioso di sapere come la gamba con un vero ginocchio allindietro possa confrontare le prestazioni con le gambe digitigradi (e plantigradi). Ho incluso unillustrazione etichettata per indicare come le parti del corpo si allineano tra le strutture delle gambe che sto proponendo. 
La lettura delle gambe plantigrado e digitigrado indica che le gambe plantigradi sono più stabili e migliori per camminata a lunga distanza, dove le gambe digitigradi sono migliori per la velocità. Limpostazione del ginocchio allindietro / plantigrado inverso sarebbe più vicina al plantigrado o al digitigrado? Come influirebbe sulle cose se queste creature non avessero affatto un equivalente della rotula (come i nostri gomiti)?
(Come nota a piè di pagina, gli esseri a cui sto pensando di dare queste ginocchia allindietro sono bipedi orizzontali come gli struzzi, non gli umanoidi.)
Commenti
- Le vere ginocchia allindietro si verificano nei pipistrelli. Tuttavia, non ci sono ‘ molti pipistrelli terrestri, quindi ‘ è difficile trarre conclusioni basate su di essi. Le ginocchia allindietro potrebbero essere in grado di dare più calcio, come le gambe della cavalletta.
- Prova a correre allindietro per avere unidea di come si sentirebbe. Oppure prova a salire le scale allindietro. La leva è completamente diversa.
Risposta
Sarà più vicino a plantingrade. Vedete, la gamba digitigrado non è solo intorno alla caviglia che funziona come un secondo ginocchio allindietro, è un adattamento che diminuisce la superficie del piede che tocca il suolo e di solito estende larto, rendendo la creatura più silenziosa e più efficiente nella corsa. Inoltre, una gamba digitigrado è buona per la corsa di solito a causa della sua disposizione di muscoli e tendini, con gli animali più veloci che di solito concentrano i muscoli sulla parte superiore della gamba e si affidano principalmente ai tendini per le articolazioni della parte inferiore della gamba (questo consente un movimento più elastico, ciò significa una minore perdita di energia e slancio durante la corsa, oltre a facilitare il movimento dellarto, poiché questa disposizione di muscoli e tendini tende a ridurre la massa alle estremità, facilitando così il movimento dellarto).
La tua gamba plantigrado inversa è fondamentalmente una gamba allindietro con un rovescio (almeno per noi). Le creature che hanno un tale orientamento degli arti sono i pipistrelli, che si muovono tutti sul terreno in modo quadrupede e non sono esattamente gentili con esso. Lunico animale che conosco che ha questa struttura degli arti ed è anche noto per correre è il comune pipistrello vampiro (Desmodus rotundus). Questi pipistrelli, grazie al loro stile di vita specializzato, si sono adattati bene per essere in grado di muoversi a terra nonostante i loro ampi adattamenti per il volo. Vediamo come corrono, sì?
Da questo possiamo vedere come questi pipistrelli
1 corsa in quadrupede. 2- fare affidamento principalmente sulle loro braccia per correre.
Il problema principale con la struttura del platigrado nel tuo scenario è che è strutturata per piegarsi in un modo opposto a quello in cui il peso viene inclinato verso Se hai mai provato ad inarcarti allindietro, probabilmente hai notato quanto sia difficile bilanciarsi. Una tale disposizione delle gambe di per sé non è necessariamente un male (la maggior parte dei pipistrelli ce lhanno, per quanto ne so, quindi è chiaramente vantaggioso da loro in qualche modo), ma per una creatura bipede simile allo struzzo questo sarà un problema. Non solo non saranno veloci o stabili come uno struzzo, ma anche meno efficienti dal punto di vista energetico, come una volta ” sbloccano ” le ginocchia dovranno dedicare molte energie per bilanciarsi mentre corrono o camminano.
Per quanto riguarda la rotula, la sua funzione è quella di aiutare ad estendere larticolazione oltre a proteggerla dagli impatti , quindi vedo un altro potenziale svantaggio nel mancarlo (gli struzzi, che sono estremamente adatti alla corsa, hanno 2 rotule per gamba).
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- Grazie! Penso di ‘ rottamare il ginocchio del plantigrado inverso (ma forse lo riutilizzerò in futuro per gli alieni pipistrello?)
- @rustbird suona come un buon piano. I progetti di successo tendono ad apparire più volte in creature diverse, quindi alieni simili a pipistrelli con strutture simili sembrano assolutamente ragionevoli.
Risposta
Considera un essere umano che cammina.
Fai attenzione alla vista laterale e a ciò che accade con il piede, caviglia e ginocchio.Quando il piede piantato va sotto il corpo inizia ad estendersi, sollevando il tallone da terra e poi le dita dei piedi dando una spinta finale. Dopo che la spinta è avvenuta, il ginocchio si piega consentendo alle dita dei piedi di liberare il terreno, quindi la parte superiore della gamba oscilla in avanti con la parte inferiore che segue e oscilla in avanti per portarla in linea diretta con la parte superiore della gamba in modo che il piede sia davanti al corpo, in posizione per piantare il tallone per il passaggio successivo.
La parte inferiore della gamba si comporta come un pendolo. Se non ci fossero muscoli lì, il movimento di deambulazione funzionerebbe ancora, come puoi vedere con qualcuno che ha un arto protesico dopo unamputazione sopra il ginocchio in cui lintero passo viene eseguito esclusivamente dal movimento della parte superiore della gamba. Poiché larto inferiore si comporta come un pendolo che oscilla liberamente, è necessaria pochissima energia da parte dei muscoli della parte inferiore della gamba dopo che il piede è stato sollevato per prepararsi al passo successivo. Essenzialmente, poiché la parte superiore della gamba oscilla in avanti la parte inferiore della gamba viene oscillata in avanti gratuitamente. Quindi, una volta piantato, il corpo si sposta sopra la parte superiore a causa del movimento della parte superiore della gamba.
Lunico sforzo maggiore da parte della parte inferiore la gamba è quella punta finale. E nota che la parte superiore e inferiore della gamba sono dritte quando accade, consentendo alla forza di essere trasmessa nel modo più efficiente possibile a tutto il corpo. Se il ginocchio si piegasse mentre si stava verificando la spinta, ci sarebbe stato un trasferimento di energia inefficiente.
Ecco perché cose come la corsa accovacciata o il camminare non possono essere sostenute: il ginocchio sempre piegato significa meno trasferimento di energia efficiente. Una persona in condizioni ragionevoli può camminare ininterrottamente per ore. Qualcuno costretto a camminare con le ginocchia anche leggermente piegate per tutto il tempo potrebbe essere in grado di percorrere qualche centinaio di metri e probabilmente essere in agonia alla fine.
Ora guarda il tuo ginocchio allindietro. La parte inferiore della gamba non può sfruttare leffetto pendolo perché dovrà essere tirata verso lalto per poter oscillare in avanti. Mentre la parte inferiore della gamba umana oscilla in avanti e viene fermata senza sforzo muscolare dallarticolazione del ginocchio, nel ginocchio allindietro hai bisogno di muscoli per raddrizzare la gamba sul gradino e tenerla dritta perché linclinazione naturale sarebbe che larticolazione si pieghi inoltrare. I muscoli sono costretti a lavorare tutto il tempo.
Ora pensa a cosa succede nellultima parte del gradino, mentre le dita dei piedi generano la spinta mentre linferno viene sollevato. Ebbene, come si solleva il tallone? Di nuovo guardando il ginocchio normale: proprio quando la spinta della punta è terminata, la parte superiore della gamba oscilla in avanti, facendo piegare il ginocchio. Questo accorcia la lunghezza effettiva complessiva della gamba, consentendo al piede di liberare appena il terreno mentre oscilla in avanti.
Sul ginocchio allindietro, ciò non può accadere. Non cè niente di liscio, efficiente dal punto di vista energetico modo per sollevare la parte inferiore della gamba per liberare il terreno mentre si muove in avanti. Lunico modo in cui posso vedere che sta accadendo è che il bipede con le ginocchia rovesciate dovrebbe saltare continuamente, spingendo abbastanza forte in modo che ci sia abbastanza spazio per liberare il terreno in modo che la caviglia e il ginocchio possano essere piegati per sollevarli per liberare il terreno . Ciò si tradurrà inevitabilmente in molta più energia diretta a muovere il corpo su e giù invece che in avanti, quindi molto meno efficienza energetica nel complesso.
Ci potrebbe essere un modo per aggirare il problema del torso che rimbalza, e questo “s se il bipede con le ginocchia inverse non ha mai effettivamente raddrizzato il ginocchio, mantenendolo flesso continuamente per agire fondamentalmente come un ammortizzatore per ridurre al minimo la quantità di spinta verso lalto diretta nel torso. Ma poi questo si verifica di nuovo nel problema dellefficienza energetica: una parte significativa della forza creata dai piedi e dalle dita dei piedi non viene utilizzata per il movimento in avanti e viene persa.
Tornando al punto su cui ho parlato una parte inferiore della gamba protesica e come in un ginocchio umano normale non richiede nientaltro che il movimento della parte superiore della gamba per funzionare, una parte inferiore della gamba protesica sulla parte bipede arretrata-ginocchio richiederebbe una sorta di meccanismo motorizzato per funzionare. Ciò dimostra la differenza di efficienza energetica tra i due: si può funzionare senza alimentazione, non si potrebbe.
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- Grazie, questo è stato molto utile! Apprezzo la spiegazione della fisica delle gambe.