Så på verkliga jorden har tetrapoder antingen plantigrade eller digitigrade ben. I båda fallen böjer knäet sig framåt, men i siffror kan fotledet ge en illusion av ett ” bakåt knä ”. Jag är nyfiken på hur ben med ett riktigt bakåtknä skulle jämföra prestationsmässigt med digitigrade (och plantigrade) ben. Jag har inkluderat en märkt illustration för att ange hur kroppsdelarna stämmer upp mellan benstrukturerna som jag föreslår. 
Läsningen om plantigrade vs digitigrade ben indikerar att plantigrade ben är mer stabila och bättre för långväga promenader, där digitigrade ben är bättre för hastighet. Skulle den bakre knä- / omvända plantigraden vara närmare plantigrade eller digitigrade? Hur skulle det påverka saker om dessa varelser inte hade en knäskålsekvivalent alls (som våra armbågar)?
(Som fotnot är de varelser jag tänker på att ge dessa bakåtgående knän till horisontella bipeds som strutsar, inte humanoider.)
Kommentarer
- Sanna bakåtknä förekommer hos fladdermöss. Det finns dock ’ många markbundna fladdermöss så det är ’ svårt att göra några slutsatser baserat på dem. Bakåtknän kan ge mer spark, som gräshopparben.
- Försök springa bakåt för att få en uppfattning om hur det känns. Eller försök att gå bakåt. Hävstången är helt annorlunda.
Svar
Det kommer att vara närmare plantering. Du förstår, det digitigrade benet handlar inte bara om fotleden som fungerar som ett andra bakåtknä, det är en anpassning som minskar ytan på foten som berör marken och vanligtvis förlänger lemmen, vilket gör varelsen tystare och mer effektiv att köra. Dessutom är ett digitigradben bra för löpning vanligtvis på grund av dess placering av muskler och senor, med de snabbaste djuren som vanligtvis koncentrerar musklerna på överbenet och förlitar sig mest på senor för ledbenets artikulationer (detta möjliggör mer elastisk rörelse, vilket betyder mindre förlust av energi och fart under körning, såväl som att göra det lättare att röra på lemmen, eftersom denna disposition av muskler och senor tenderar att minska massan vid extremiteterna, vilket gör lemmen lättare att röra sig).
Ditt omvända plantigradben är i grunden ett bakåtben med ett inverterat (åtminstone för oss). Varelserna som har en sådan extrem orientering är fladdermöss, som alla rör sig på marken på ett fyrhjuligt sätt och inte är exakt nådiga på det. Det enda djuret jag känner som har den här lemstrukturen och som också är känt att springa är det vanliga vampyrfladdermus (Desmodus rotundus). Dessa fladdermöss har på grund av sin specialiserade livsstil blivit väl anpassade för att kunna röra sig på marken trots deras omfattande anpassningar för flygning. Låt oss titta på hur de springer, ja?
Från detta kan vi se hur dessa fladdermöss
1-körning på fyrsidigt sätt. 2 – förlitar sig mest på att armarna ska springa.
Huvudfrågan med platigradstrukturen i ditt scenario är att den är strukturerad att böja på ett motsatt sätt till det där vikten vinklas Om du någonsin försökt böja dig bakåt har du troligtvis lagt märke till hur svårt det är att balansera dig själv. Ett sådant arrangemang av benen i sig är inte nödvändigtvis dåligt (de flesta fladdermöss har det, så vitt jag vet, så det är uppenbart fördelaktigt från dem på något sätt), men för en bipedal strutsliknande varelse kommer detta att vara en problem. Inte bara kommer de att vara nästan lika snabba eller stabila som en struts, de kommer inte heller vara lika energieffektiva, eftersom de en gång ” låser upp ” sina knän de måste ägna mycket energi för att balansera sig själva när de springer eller går.
När det gäller knäskyddet är dess funktion att hjälpa till att förlänga leden och skydda den från stötar , så jag ser en annan potentiell nackdel med att sakna den (strutsar, som är extremt anpassade för löpning, har två knäskålar per ben).
Kommentarer
- Tack! Jag tror att jag ’ Skrotar det omvända plantigrade knäuppsättningen (men kanske återanvänder det i framtiden för fladdermöten?)
- @rustbird låter som en bra plan. Framgångsrika mönster tenderar att visas flera gånger i olika varelser, så batliknande utomjordingar med liknande strukturer låter helt rimliga.
Svar
Tänk på att en människa går.
Var uppmärksam på sidovyn och vad som händer med foten, fotled och knä.När den planterade foten går under kroppen börjar den sträcka sig, lyfter hälen från marken och sedan ger tårna en sista dragkraft. Efter att dragkraften har hänt böjer knäet sig så att tårna kan rensa marken, sedan svänger överbenet framåt med det nedre följet och svänger framåt för att föra det i en direkt linje med överbenet så att foten är framför kroppen, i position för att plantera hälen för nästa steg.
Underbenet fungerar som en pendel. Om det inte fanns några muskler där, skulle gårörelsen fortfarande fungera, som du kan se med någon som har en protetisk lem efter en amputation över knä där hela steget utförs enbart genom rörelse av överbenet. Eftersom underbenen fungerar som en fritt svängande pendel, krävs det mycket lite energi från underbenets muskler efter att foten har lyftts för att göra sig redo för nästa steg. I huvudsak när överbenet svänger framåt underbenet svängs framåt gratis. Sedan, när den planteras, färdas kroppen över toppen på grund av överbenets rörelse.
Den enda stora ansträngningen från den nedre delen benet är den sista tån. Och notera att överbenet och underbenet är raka när det händer, så att kraften kan överföras så effektivt som möjligt till hela kroppen. Om knäet böjde sig som den dragkraften inträffade, skulle det finnas en ineffektiv energiöverföring.
Det är därför saker som hängande eller promenader inte kan upprätthållas: det alltid böjda knäet betyder mindre effektiv energiöverföring. En person i rimlig form kan gå kontinuerligt i timmar. Någon som tvingas gå med knäna till och med något böjd hela tiden kanske kan gå några hundra meter och troligen vara i ångest i slutet.
Titta nu på ditt bakåtknä. Underbenet kan inte utnyttja pendeleffekten eftersom det måste dras uppåt för att svänga framåt. Medan det mänskliga underbenet svänger framåt och stoppas utan att muskulös ansträngning går längre av knäleden, i det bakåtgående knäet behöver du muskler för att räta ut benet på trappsteget och hålla det rakt eftersom den naturliga lutningen skulle vara att ledet skulle vikas fram. Musklerna tvingas arbeta hela tiden.
Tänk nu på vad som händer i sista delen av steget, eftersom tårna genererar dragkraften när helvetet lyfts. Tja, hur lyfts hälen? Återigen tittar på det normala knäet: precis när tåen är klar, svänger överbenet framåt och får knäet att böjas. Detta förkortar den totala effektiva längden på benet, så att foten bara rensar marken när den svänger framåt.
På bakåtknäet kan det inte hända. Det finns ingen smidig, energieffektiv sätt att lyfta underbenet för att rensa marken när den rör sig framåt. Det enda sättet jag kan se det hända är att bakåtknäda bipade ständigt måste hoppa och trycka tillräckligt hårt så att det finns tillräckligt med utrymme för att rensa marken så att fotleden och knäet kan böjas för att dra upp dem för att rensa marken Detta kommer oundvikligen att resultera i mycket mer energi inriktad på att flytta kroppen upp och ner istället för framåt, och därmed mycket mindre energieffektivt totalt.
Det kan finnas en väg runt det studsande torsoproblemet, och det ”s om den bakåtknäda bipade aldrig riktigt rätade ut knäet, varvid den böjdes kontinuerligt för att i grunden fungera som en stötdämpare för att minimera mängden uppåtriktat riktat in i torso. Men då stöter det igen på energieffektivitetsproblemet: en betydande del av kraften som skapas av fötter och tår används inte för framåtgående rörelse och går förlorad.
Återgår till den punkt jag gjorde om ett protetiskt underben och hur det i ett normalt mänskligt knä inte behöver något annat än överbenets rörelse för att fungera, ett protetiskt underben på delen bakåt-knäbipat skulle kräva någon form av driven mekanism för att att fungera. Det visar skillnaden i energieffektivitet mellan de två: man kan fungera utan ström, man kunde inte.
Kommentarer
- Tack, det här var väldigt hjälpsam! Jag uppskattar förklaringen av benfysik.