足部骨骼的足弓和典型承重方式的示意圖。圖片來源：《自然》
科技日?qǐng)?bào)北京2月26日電 (記者張夢(mèng)然)根據(jù)英國《自然》雜志26日在線發(fā)表的一項(xiàng)生物力學(xué)研究，美、日、英等國聯(lián)合團(tuán)隊(duì)首次揭開人類雙足演化形成特有的足弓使人類得以行走和奔跑的關(guān)鍵機(jī)制，這一發(fā)現(xiàn)加深了對(duì)人類雙足演化的認(rèn)識(shí)，將直接有助于改進(jìn)機(jī)械足設(shè)計(jì)，進(jìn)而為“物理靈活性”機(jī)器人鋪平道路。
在實(shí)現(xiàn)優(yōu)雅自然地行走這方面，機(jī)械足和機(jī)器人的表現(xiàn)一直不盡如人意，步態(tài)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性和機(jī)械足的靈巧度，也一直是業(yè)界難題。但這對(duì)人類來說卻輕而易舉，人類演化形成了堅(jiān)硬足弓，對(duì)于有效的直立行走至關(guān)重要，不過奇怪的是，黑猩猩、大猩猩和獼猴等其他靈長類動(dòng)物的腳則相對(duì)靈活、扁平。生物力學(xué)研究人員一直爭(zhēng)論的一個(gè)問題是：人類雙足的構(gòu)造，究竟如何令足部堅(jiān)硬。大多數(shù)研究都集中在從腳后跟到腳掌的內(nèi)側(cè)縱弓(MLA)，而未考慮足橫弓(TTA)的作用。
為了研究TTA是否會(huì)讓雙足堅(jiān)硬，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)人類雙足進(jìn)行了彎曲測(cè)試。結(jié)果表明，足部硬度40%以上源自TTA。從中間折一張紙，會(huì)使其縱向變硬，TTA對(duì)足部的作用與之類似。
研究人員還研究了多種靈長類動(dòng)物的TTA的演化，包括已滅絕的古人類，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)：只有人屬才充分演化形成了MLA和TTA。
這些發(fā)現(xiàn)表明，這兩個(gè)相鄰足弓共同作用，使足部縱向產(chǎn)生了硬度。此外，人類足部經(jīng)過了多個(gè)階段的演化，才得以讓人類高效地行走和奔跑。
澳大利亞昆士蘭大學(xué)研究人員格蘭·里奇特沃克和盧克·凱利在論文隨附的新聞與觀點(diǎn)文章中表示，這一機(jī)制的闡明，未來將可以直接用于機(jī)械足、仿人腳的假肢以及有腿機(jī)器人的設(shè)計(jì)。
總編輯圈點(diǎn)
有趣的是，在物理世界中，一些看似很小的障礙反而會(huì)讓強(qiáng)大的機(jī)械陷入困境，不可避免地遭遇真實(shí)世界帶來的難題，而這些障礙幾乎不能用數(shù)學(xué)模型提前假設(shè)。過去幾十年來，工程師也會(huì)不斷嘗試通過基于預(yù)測(cè)性數(shù)學(xué)模型軟件去引導(dǎo)機(jī)械和機(jī)器人的肢體活動(dòng)。然而，這個(gè)方法在用于機(jī)器人肢體執(zhí)行行走這類極為簡單的任務(wù)時(shí)，被證明無效。因此，只有更好地理解人類在肢體動(dòng)作中如魚得水的真正原因，才有望實(shí)現(xiàn)更為流暢自如的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，或許，機(jī)械的“生命”，就是從仿生開始的。
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