快速大象使用生物力学诀窍'run' like Groucho

在4月3日发表的一项研究中发表的自然解决了关于大象速度的长期神秘,通过在每小时15英里时钟时钟。那’S比可靠的观察结果快10英里/小时的顶级速度,但比25英里/小时的投机慢。但是真的是快速移动的大象“run”?即使以快速速度,似乎偶然观察大象似乎’跑。他们的脚踏花纹仍然和行走一样,并且永远不会在一定的四脚上留下地面–跑步的标志。但生物力学家正在寻找一头大象’S的质心似乎以高速弹跳。如果这结果是真的,大象’S步态符合跑步的生物力学定义。

斯坦福大学:
快速大象使用生物力学诀窍‘run’ like Groucho

在4月3日发表的一项研究中发表的自然解决了关于大象速度的长期神秘,通过在每小时15英里时钟时钟。那’S比可靠的观察结果快10英里/小时的顶级速度,但比25英里/小时的投机慢。但是真的是快速移动的大象“run”?

即使以快速速度,似乎偶然观察大象似乎’跑。他们的脚踏花纹仍然和行走一样,并且永远不会在一定的四脚上留下地面–跑步的标志。但生物力学家正在寻找一头大象’S的质心似乎以高速弹跳。如果这结果是真的,大象’S步态符合跑步的生物力学定义。

生物力学家被称为这个步态“Groucho running”在愚蠢的傻瓜之后,蹲伏在格鲁罗马克思。他们说大象似乎稍微弯曲了肢体,以便更顺利地移动他们的身体。本研究可以深入了解生物力学技巧,帮助大型动物从灭绝的恐龙到肥胖的人,克服了限制他们运动的物理力量。

“我们确实发现大象在某种意义上奔跑,”首次作者John Hutchinson是一个机械工程系的斯坦福博士后研究员。“It’是一种中间的步态,但它看起来像我们的生物力学都会呼唤跑步。他们不’留下地面,这是经典的定义,但它们似乎反弹,这是生物力学定义。”

去年,Hutchinson共同撰写了另一篇自然纸,这些纸张用电脑模型来表明Tyrannosaurus雷克斯可能太大而无法快速运行。对于他最近的论文,他与加州大学戴维斯的兽医学生一起与Dan Famini; Richard Lair,泰国大象保护中心顾问和国际关系总监;和科罗拉多州大学博尔德的运动学和应用生理学副教授和罗杰·克朗。他们专注于现存的Biggie,而不是灭绝的一个:亚洲大象(Elephas Maximus),它可以在超过4吨的比例下倾斜鳞片。

从非洲美国到泰国

1997年,哈钦森,Kram和Famini都是UC-Berkeley。克朗,哈佛大学的同事首先要衡量走路大象的氧气消费率,是建议哈钦森和法弗里尼“normal”在二重奏期间的大象生物力学’在加利福尼亚州Vallejo的六个旗帜海洋世界中的非洲大象的运动实验。早些时候,Kram已经指出,大象更倾向于以缓慢但有效的速度走路,给了他们所谓的东西“best gas mileage.”

Hutchinson开始与Lair,遗漏的作者:在1997年,联合国粮食和农业组织发表的亚洲大象的护理和管理。曾经在Redwood市海洋世界/非洲美国的大象培训师,加利福尼亚州,在公园搬迁到Vallejo之前,Lair于1980年搬到泰国,帮助拯救亚洲大象从灭绝。他训练过亚洲大象的电影,特别是迪士尼’S操作Dumbo Drop,现在在泰国大象保护中心工作,为自然研究提供了重要的支持。

“[哈钦森问]如果我以为泰国大象可能比来自美国动物园和马戏团大象的速度更快地跑得更快,而且丹大象[大约10英里/小时],”在一封电子邮件采访中回忆了巢穴。“我说,我知道他们可以在1984年在东北泰国的苏林大象围绕着时间更快。 ”

由于从实验生物学杂志的旅行奖学金,哈钦森和Famini于2000年和2001年去了泰国,把一些大象放在考试中。

为他们的实验,哈钦森触诊了动物’肢体找到它们的关节,然后二重奏标记着大点水溶性的关节,无毒涂料。他们录像了188名亚洲大象的试验,通过100英尺的路线跑步,并用光电传感器和视频分析测量了它们的速度。

平均步行速度为4.5英里/小时。但是大象32岁的大象比以前记录了32岁–高达15英里/小时。三个矮小的脚舰队,超过15英里/小时–Hutchinson说,比任何人都能更快地记录了50%。

过去的引用给出了轶事,而不是数据。结果对大象速度有很多困惑。

“关于非洲大象最大速度的绝大多数陈述从70多年的两个陷阱驼背中下降,”Famini在一封电子邮件中写道。

说哈钦森:“在这里,我们实际上拥有录像带和数据来返回它,而与轶事一起,就像一些大型游戏猎人时钟在汽车上用车速计时钟。’s just not reliable.”

看到是相信的–这些大象很快。“当我看到速度陷阱时间和视频时,我确信,”Kram在一封电子邮件中写道。“我在高中4:30跑了一英里,我仍然是一个竞争力的硕士’跑步者。我只能像我们测量的最快大象一样快地冲刺。”

跑步或不跑–这仍然是这个问题

那么是什么时候进入跑步?它为N’速度只是速度,虽然这扮演了一部分。

运动学上,一件事才能从奔跑奔跑是脚踏图案。典型的Quadrupeds使用缓慢的速度,中等速度的小跑和快速速度。

在小跑的脚踏图案中,对角线肢同时接触地面。“所以一个四曲子左,右前方,然后右后,左翼一直在一起,”哈钦森解释说。“It’S表现得像一个屁股。”

相比之下,在疾驰的脚踏性图案中,两个后肢接触另一个接触地面,然后暂停,之后两只前肢一次触摸地面。如果是动物’Hutchinson表示,S脚在地上不到一半的时间,符合跑步的运动定义。

但大象很奇怪,因为无论他们走得多,他们的脚踏性模式都没有’改变。研究人员发现,他们甚至在15英里/小时内使用步行脚步图案。这种图案首先具有左后脚,然后短暂停顿,之后左前脚移动。然后是’很长一段时间,之后右侧发生了同样的事情。

全空中阶段–没有脚触摸地面的地方–同样在横向越来越差异。但大象从来没有把他们所有的脚从地上脱离了。

“大象可能不’T跳过空中阶段,因为它对他们的身体太大了,”哈钦森说。事实证明很多其他动物–包括像鸡一样的跑鸟,鸸and rheas–有肢体,释放弹性应变能量,如伸展橡皮筋的反弹,而不会在没有被强制推动的情况下,所有脚同时都在地面上。

哈钦森说,这位LED生物力学家重新定义了30多年前更好地描述了工作的物理力量。“We’刚刚开始了解哪些动物可以违反规则并反弹而不离开地面– and how they do it.”

更深的生物力学机制可以解释比经常观察到的空中相位更好。所有腿的陆地动物,哈钦森说,”无论是有两条腿,四条腿,六条腿,甚至在蜈蚣的情况下,42条腿,”使用相同的机制从散步切换到跑步。该开关通常发生在相同的相对点或FRoude号码,这是一种给动物的无量纲测量’S速度相对于其臀部高度。因此,即使蟑螂的腿比大象较短,就可以在一定时间内移动的身体长度,它仍然可以以比充电大象更大的相对速度来克鲁。

“在同一弗劳德号码,任何动物,无论大小如何,都应该与相同的机制一起移动,” Hutchinson said. “它应该以相对相同的方式施加自己。”任何动物的弗劳德数为0.01; FRoude数量为20,快速。他说,大多数动物应该从散步到跑步到跑步,在0.5左右的弗劳德号码。他说,动物从散步转移到跑步,因为走动速度更快,而且比跑步更具能力高效,或者更具机械压力。

“关于我们的大象的令人惊叹的是他们正在快速的弗劳德号码,速度为3.4,这是大象应该从行走到跑步的无量纲速度超过三倍的三倍,” Hutchinson said. “这一点,一匹马会很好。但大象仍在使用行走的脚踏实地。”

如果您认为身体似乎只是一根棍子来回摆动,他解释说,与跑步相比,它的质量中心不同地移动。“行走是一种僵硬的,摆脱的位置;肢体保持漂亮,然后来回摇摆。跑步是一个弹跳的步态,其中肢体实际上压缩并用弹簧反弹。”

研究人员’运动学测量表明,快速移动的大象可以从摆锤的摆锤转换到弹跳步态。如果他们这样做,它们适合跑步的生物力学定义。

但是在那里’唯一的一种方法可以肯定找到。动物必须跨越力平台移动–一个特殊的设备,将大象施加在地面上的力量–看他们的质量中心是否像倒挂摆锤(如行走)或像弹簧一样反弹(跑步)。

“That’如果一个大象跨越它们,那么通常可用的力平台会出现问题” Hutchinson said. “That’是多年来的障碍。那’没有人曾经这样做过的一个原因。”

他和Kram正在在科罗拉多州建造一个原型力平台,以回答一次,如果大象可以运行,就可以了解一次。所以那里’还有时间放置你的赌注。

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黎明征税

联系人:Dawn Levy,新闻服务:650-725-1944,[email protected]

评论:John R. Hutchinson,机械工程:650-736-0804,[email protected]

EDITORS: A photo of Hutchinson with an African elephant is available on the web at http://newsphotos.stanford.edu. Photo courtesy John Hutchinson. Videos of an Asian elephant walking and running are available at http://news-service.stanford.edu/news/2003/april9/elephantwalk-49.html and http://news-service.stanford.edu/news/2003/april9/elephantrun-49.html.
视频礼宾约翰哈钦森。

相关的Web URL:

斯坦福大学 Neuromuscular Biomechanics Lab: http://www.stanford.edu/group/nmbl/
Thai Elephant Conservation Center: http://www.changthai.com



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