Então, na Terra da vida real, os tetrápodes têm pernas plantígradas ou digitígradas. Em ambos os casos, o joelho se dobra para a frente, mas em graus digitais a articulação do tornozelo pode dar a ilusão de um ” joelho para trás “. Estou curioso para saber como uma perna com um joelho verdadeiramente voltado para trás se compara, em termos de desempenho, às pernas digitígradas (e plantígradas). Incluí uma ilustração rotulada para indicar como as partes do corpo se alinham entre as estruturas das pernas que estou propondo. 
A leitura sobre pernas plantígradas vs. digitígradas indica que pernas plantígradas são mais estáveis e melhores para caminhada de longa distância, onde as pernas digitígradas são melhores para a velocidade. A configuração inversa do joelho / plantígrado reverso estaria mais próxima de plantígrado ou digitígrado? Como isso afetaria as coisas se essas criaturas não tivessem um equivalente na rótula (como nossos cotovelos)?
(Como uma nota de rodapé, os seres que estou pensando em dar esses joelhos para trás são bípedes horizontais como avestruzes, não humanóides.)
Comentários
- Joelhos verdadeiros para trás ocorrem em morcegos. No entanto, não existem ‘ t muitos morcegos terrestres, então ‘ é difícil tirar qualquer conclusão com base neles. Joelhos para trás podem dar mais chutes, como pernas de gafanhoto.
- Tente correr para trás para ter uma ideia de como seria a sensação. Ou tente subir as escadas de costas. A alavancagem é totalmente diferente.
Resposta
Será mais perto do plantio. Veja, a perna digitígrada não é apenas sobre o tornozelo funcionando como um segundo joelho para trás, é uma adaptação que diminui a área da superfície do pé que toca o solo e geralmente estende o membro, tornando a criatura mais silenciosa e mais eficiente na corrida. Além disso, uma perna digitígrada é boa para correr geralmente devido à sua disposição dos músculos e tendões, com os animais mais rápidos geralmente concentrando os músculos na parte superior da perna e contando principalmente com tendões para as articulações da perna (isso permite um movimento mais elástico, o que significa menor perda de energia e impulso durante a corrida, além de facilitar a movimentação do membro, pois essa disposição dos músculos e tendões tende a diminuir a massa nas extremidades, facilitando a movimentação do membro).
Sua perna plantígrada reversa é basicamente uma perna para trás com uma invertida (pelo menos para nós). As criaturas que têm essa orientação de membros são os morcegos, que se movem no solo de forma quadrúpede e não são exatamente graciosos com isso. O único animal que conheço que tem essa estrutura de membros e também é conhecido por correr é o comum morcego vampiro (Desmodus rotundus). Esses morcegos, devido ao seu estilo de vida especializado, tornaram-se bem adaptados para serem capazes de se mover no solo, apesar de suas extensas adaptações para o voo. Vamos ver como eles correm, sim?
A partir disso, podemos ver como esses morcegos
1-corrida quadrúpede. 2- confie principalmente em seus braços para correr.
O principal problema com a estrutura platígrada em seu cenário é que ela é estruturada para se curvar de uma maneira oposta àquela em que o peso está sendo inclinado Se você já tentou se arquear para trás, provavelmente notou como é difícil se equilibrar. Esse arranjo das pernas por si só não é necessariamente ruim (a maioria dos morcegos tem, até onde eu sei, então é claramente vantajoso para eles de alguma forma), mas para uma criatura parecida com avestruz bípede, isso será um problema. Eles não só não serão tão rápidos ou estáveis quanto um avestruz, como também não serão tão eficientes em termos de energia, já que ” destravam ” os joelhos terão que dedicar muita energia para se equilibrar enquanto correm ou caminham.
Em relação à rótula, sua função é ajudar a estender a articulação, além de protegê-la do impacto , portanto, vejo outra desvantagem potencial em não ter isso (avestruzes, que são extremamente adaptados para correr, têm 2 rótulas por perna).
Comentários
- Obrigado! Acho que ‘ vou descartar a configuração de joelho plantígrado reverso (mas talvez reutilizá-la no futuro para morcegos alienígenas?)
- @rustbirds como um bom plano. Projetos bem-sucedidos tendem a aparecer várias vezes em criaturas diferentes, portanto, alienígenas semelhantes a morcegos com estruturas semelhantes parecem completamente razoáveis.
Resposta
Considere um andar humano.
Preste atenção na vista lateral e no que acontece com o pé, tornozelo e joelho.Conforme o pé plantado passa por baixo do corpo, ele começa a se estender, levantando o calcanhar do chão e os dedos dando um impulso final. Depois que esse impulso acontece, o joelho é flexionado permitindo que os dedos dos pés limpem o chão, então a perna superior balança para frente com a inferior seguindo e balançando para frente para trazê-la em linha direta com a perna superior para que o pé fique à frente do corpo, em posição de plantar o calcanhar para a próxima etapa.
A perna está agindo como um pêndulo. Se não houvesse nenhum músculo ali, o movimento de andar ainda funcionaria, como você pode ver com alguém que tem um membro protético após uma amputação acima do joelho, onde todo o passo é realizado puramente pelo movimento da parte superior da perna. Como o membro inferior está agindo como um pêndulo que oscila livremente, há muito pouca energia necessária da parte dos músculos da perna depois que o pé é levantado para se preparar para a próxima etapa. Essencialmente, quando a parte superior da perna balança para a frente, a parte inferior da perna é movida para a frente gratuitamente. Então, quando é plantada, o corpo se desloca por cima devido ao movimento da parte superior da perna.
O único grande esforço na parte inferior perna é o impulso final do dedo do pé. E observe que a coxa e a perna ficam retas quando isso acontece, permitindo que a força seja transmitida da forma mais eficiente possível para todo o corpo. Se o joelho dobrado durante a estocada, haverá uma transferência ineficiente de energia.
É por isso que coisas como correr agachado ou caminhar não podem ser sustentadas: o joelho sempre dobrado significa menos transferência eficiente de energia. Uma pessoa em forma razoável pode caminhar continuamente por horas. Alguém forçado a andar com os joelhos, mesmo que ligeiramente dobrados o tempo todo, pode conseguir andar algumas centenas de metros e provavelmente estar em agonia no final.
Agora olhe para o joelho para trás. A parte inferior da perna não pode explorar o efeito do pêndulo porque terá de ser puxada para cima para balançar para a frente. Enquanto a perna humana balança para frente e é parada sem esforço muscular para ir mais longe pela articulação do joelho, no joelho de trás você precisa de músculos para esticar a perna no degrau e mantê-la reta porque a inclinação natural seria a articulação se dobrar frente. Os músculos são forçados a trabalhar o tempo todo.
Agora pense no que acontece na última parte do passo, quando os dedos dos pés geram o impulso enquanto o inferno é levantado. Bem, como o calcanhar é levantado? Mais uma vez, olhando para o joelho normal: assim que o impulso do dedo do pé termina, a coxa balança para a frente, fazendo com que o joelho dobre. Isso encurta o comprimento total efetivo da perna, permitindo que o pé apenas desobstrua o solo ao balançar para a frente.
No joelho de trás, isso não pode acontecer. Não há suavidade e eficiência energética maneira de levantar a perna para limpar o solo à medida que ela se move para a frente. A única maneira de ver isso acontecendo é que o bípede com os joelhos invertidos teria que pular continuamente, empurrando com força suficiente para que houvesse espaço suficiente para limpar o solo e o tornozelo e o joelho podem ser dobrados para puxá-los para cima e limpar o solo . Isso resultará inevitavelmente em muito mais energia direcionada para mover o corpo para cima e para baixo em vez de para a frente, portanto, muito menos eficiência energética em geral.
Pode haver uma maneira de contornar o problema do torso saltitante, e que “É se o bípede invertido nunca endireitou o joelho, mantendo-o flexionado continuamente para agir basicamente como um amortecedor para minimizar a quantidade de impulso para cima direcionado para o torso. Mas, novamente, isso vai de encontro ao problema de eficiência energética: uma parte significativa da força criada pelos pés e dedos dos pés não está sendo usada para o movimento para a frente e é perdida.
Voltando ao ponto que mencionei sobre uma perna protética e como em um joelho humano normal não requer nada além do movimento da perna para funcionar, uma perna protética na parte de trás do joelho bípede exigiria algum tipo de mecanismo elétrico para funcionar. Isso demonstra a diferença de eficiência energética entre os dois: um pode funcionar sem energia, outro não.
Comentários
- Obrigado, foi muito útil! Agradeço a explicação da física das pernas.