そんなもののために ルーチン、ウォーキングは驚くほど複雑です。 バイオメカニクスは、1 つのステップをいくつかのフェーズに分割します。まず、かかとが床に着くときのタッチダウンがあります。 次は、その脚でバランスを取っているときのシングル サポート フェーズです。 その後、離陸のためにつま先を転がし、足を前方に振ります。
これにはすべて謎が含まれています。 研究者たちは長い間、私たちが歩くと、次のステップにスイングする前に、植えた脚が 2 回跳ね返ることを観察してきました。 つまり、膝は、足が最初に着地するときに一度曲げて伸ばし、次に離陸の直前にもう一度曲げます。 この最初の跳ね返りは、地面に着地したときの体重の衝撃を足が吸収するのに役立ちます。 しかし、人間の歩行に特徴的な機能である 2 回目の跳ね返りの機能は、これまで明らかにされていませんでした。
で フィジカルレビューE 論文 先月発表された、ミュンヘン大学の科学者は答えを見つけたかもしれません。 人間のダブルバウンドを促進する物理的な力をモデル化することで、速度より持久力を長い間優先してきた種にとって、ダブルバウンドはエネルギーを節約する技術であると推測しました。 現在、彼らは自分たちのモデルが人工装具やロボットの設計を改善するのに役立つと考えており、私たちの祖先が直面した進化の圧力についての洞察を提供することさえできるかもしれません.
「ここでは足が重要な要素です」と、研究を率いた機械エンジニアのダニエル・レンイェウスキーは言います。 率直に言って、人間の足は動物界では奇妙なものです。 人間は足と脚の間に 90 度の角度を持っている、と彼は続けますが、そうする動物はほとんどいません。 つまり、ほとんどの動物はつま先または足のボールで歩きますが、私たちはかかとからつま先まで歩きます. 人間の足も比較的平らで、足は非常に重いため、体を前方に推進しながら直立したままでいることは機械的な課題です。
ミュンヘン大学のスポーツ科学者で、研究の共著者である Susanne Lipfert 氏によると、私たちのダブルバウンス歩行パターンは、ランニング時のシングルバウンスとは異なります。 歩行中、足はステップ サイクルの最大 70% の間接地されたままになり、低速でもバランスを保つことができます。 しかし、それにはトレードオフが伴います。自分自身を前進させる時間が減ります。 直感に反して、それはあなたの体が働かなければならないことを意味します もっと強く 歩くとき、脚を次のステップに再循環させます。 「足を前に振り出す時間がほとんどない歩き方を目指すのは、一見奇妙に思えます」と Renjewski は言います。
これらすべての課題を考えると、人類はどのように回避することができますか? 下半身のすべての筋肉、腱、および関節が特定の時点で何をしているかをモデル化しようとすることは、不可能ではないにしても骨の折れる作業であるため、何年もの間、私たちがどのように歩くかについての機械的な理解でさえ制限されてきました. しかし、Renjewski のチームは、ダブル バウンス中の足の動作に基づいて、人間の歩行を 1 つの方程式に減らすことができることを発見しました。
モデルを構築するために、研究者は足と脚のシステムを股関節、膝、足首、つま先の 4 つの関節に減らしました。 Lipfert は大学院生として収集したデータ (トレッドミル上を歩いているときにビデオに記録された 21 人の力と関節位置に関する情報) を使用して、足のかかとからつま先までのストライドを、あたかも地面を転がる単純な物体であるかのように説明しようとしました。 その動きは、足の解剖学的構造全体を説明しようとするよりも理解しやすい.