Движение без мышц у насекомых может вдохновить разработку роботов и протезов
Нейробиологи из Лестерского университета показали, что конечности насекомых могут двигаться без участия мышц. Это открытие может дать инженерам новые способы улучшения управления роботизированными и протезными конечностями.
Исследование, опубликованное в журнале Current Biology, показывает, что структура некоторых суставов ног насекомых заставляет конечности двигаться даже в отсутствие мышц. Так называемые «пассивные силы сустава» возвращают конечность к предпочтительному положению покоя.
Эти пассивные движения различаются у конечностей с разными поведенческими функциями и мускулатурой. Это говорит о том, что структуры суставов специально адаптированы для дополнения мышечных усилий. Учёные предлагают схему моторного контроля для суставов конечностей насекомых, в которой не все движения управляются мышцами.
Ведущий исследователь доктор Том Матесон отмечает:
«Наше исследование даёт новое представление о том, как механизмы накопления энергии могут работать в гораздо более широком диапазоне движений».
Ключевые результаты:
- Даже после удаления всех мышц и связанных тканей из «коленного» сустава саранчи нижняя часть конечности (голень) всё ещё двигалась к средней точке из разогнутых положений.
- Пассивные силы способствуют почти всем изученным движениям конечностей, а не только специализированным быстрым движениям, как при прыжке.
- В задней ноге саранчи, адаптированной для прыжков, пассивные силы сустава противодействуют более сильному разгибателю, естественным образом сгибая голень.
- У других видов, где мышцы-сгибатели и разгибатели сбалансированы или где сгибатель сильнее, пассивные силы сустава поддерживают более слабую мышцу.
- У конька-горбатика (horsehead grasshopper) пассивные силы сустава даже различаются между средней (для ходьбы) и задней (для прыжков) парами ног у одной особи, в каждом случае поддерживая более слабую мышцу.
Это открытие объясняет, как насекомые контролируют движения с помощью тесного взаимодействия нейронного контроля и «умных биомеханических уловок». Пассивные силы могут обеспечивать передачу энергии от более сильной мышцы к более слабой.
Исследователи полагают, что использование сбалансированных пассивных сил может дать инженерам новые способы улучшения контроля над роботизированными и протезными конечностями.
Исследование финансировалось Советом по биотехнологическим и биологическим исследованиям (BBSRC), Королевским обществом и Фондом Генриха Герца земли Северный Рейн-Вестфалия (Германия).