Бег человека и птиц по неровной поверхности

Доктор Рой Мюллер из Йенского университета имени Фридриха Шиллера (Германия) с коллегами опубликовал обзорную статью в Journal of the Royal Society Interface, анализирующую передвижение человека и птиц по неровной поверхности.

«Хотя их механизмы адаптации и стратегии развивались совершенно независимо, они делают это очень похожими способами», — говорит доктор Мюллер.

При беге по неровной поверхности люди и животные наступают на камни или корни, пересекающие путь, или попадают в небольшие углубления. Это нарушает ритм бега. «Однако даже при довольно быстром темпе подобные ситуации обычно не приводят к потере равновесия», — отмечает Мюллер. Причина в том, что двуногие бегуны, включая человека, имеют различные стратегии адаптации, стабилизирующие движение.

«В ходе эволюции двуногая локомоция у птиц и человека развивалась независимо», — объясняет Мюллер. Однако сходства и различия в двуногой локомоции по неровной поверхности до сих пор научно не исследовались. В то время как группа Мюллера собрала обширные данные о локомоции человека, британские коллеги из Кембриджского университета и Королевского ветеринарного колледжа в Лондоне располагают соответствующими данными о локомоции птиц. «В нашей публикации мы впервые объединили эти два набора данных».

Согласно данным, существуют различия в паттернах движения человека и птиц из-за анатомических различий локомоторных систем. Например, ориентация бедренной кости у птиц почти горизонтальна, а у человека — вертикальна. «Эти различия приводят к несхожести во время движения — например, в углах, под которыми наши ступни касаются земли», — поясняет Мюллер. Тем не менее, паттерны локомоции человека и птиц можно точно описать с помощью упрощённой механической модели — так называемой пружинно-массовой модели. Она упрощает ногу до единой гибкой пружины, несущей массу тела, и позволяет напрямую сравнивать данные экспериментов по бегу.

И люди, и птицы адаптируют свои движения при беге по неровной поверхности. «И хотя их механизмы адаптации и стратегии развивались совершенно независимо, они делают это очень похожими способами», — говорит Мюллер. Если на земле есть небольшое углубление, бегун отводит маховую ногу в поздней фазе полёта, что приводит к более крутому углу постановки ноги при контакте с землёй. Одновременно нога «удлиняется» за счёт более прямого положения в момент касания. «В отличие от птиц, люди также используют жёсткость ноги для адаптации локомоции».

Авторы подчёркивают, что их результаты — это, в первую очередь, фундаментальное исследование. Однако в долгосрочной перспективе эти данные и знание о стратегиях локомоции у двуногих могут найти практическое применение — например, для улучшения движения гуманоидных роботов.