| Главная » Файлы » Исследования, Медицина, Наука, Учёные |
Легкий бег: Движущиеся модели
| 06.09.2011, 15:41 | |
Биомеханические исследования показывают, что переход от ходьбы к бегу на той же скорости у нас происходит совершенно без каких-либо лишних затрат энергии.
Лишь в последние годы эксперты в области биомеханики начали постигать детали механизмов нашей ходьбы и бега, и того, почему вмешательство высших отделов нервной системы требуется лишь изредка, чтобы отдать команду – скажем, «Побежали!» И выводы, сделанные учеными, обнадеживают: главный секрет кроется в устройстве конечности. Роботам будущего не придется применять сверхсложные алгоритмы и вычислительную мощь, чтобы просчитать каждый следующий шаг, следить за каждой деталью... Все естественно просто. Неплохой иллюстрацией разницы в подходах служит сравнение беспилотника, напичканного сложной электроникой для контроля за полетом и удержанием в нужном положении – с дротиком для игры в дартс, сама конструкция которого стабилизирует его полет. Осталось лишь немного: понять, как именно конструкция наших ног обеспечивает оптимальное движение, с минимальным контролем и вмешательством со стороны нервной системы. Один из подходов к этому состоит в том, чтобы рассматривать ногу, совершающую шаг, в качестве обращенного (перевернутого) маятника, с опорой у земли и с грузом тела, «подвешенным» сверху. При переходе на бег к этой системе добавляется пружинная составляющая. В такой модели движение можно контролировать с помощью небольшого набора варьируемых параметров, включая длительность и размер шага, высоту подъема ноги. Целый ряд исследований показал, что эта модель может служить вполне обоснованным приближением к реальному процессу ходьбы и бега. Однако в рамках этого описания, создавая на его основе компьютерные модели, до сих пор не удавалось добиться естественного перехода от ходьбы к бегу – в момент перехода система теряла стабильность, и если б это был реальный человек или робот, он попросту бы падал каждый раз, переходя на бег. Лишь недавно работающим в Германии ученым удалось найти секрет этого перехода. Ученые рассмотрели все «пространство» движения при ходьбе и беге и показали, что оба они содержат области стабильности и нестабильности. Затем они вполне логично допустили, что движение в любом случае должно происходить в областях стабильности – однако при переходе от одного к другому возможно кратковременное пребывание и в нестабильных регионах. Представьте, что ходьба с точки зрения биомеханики – это впадина, на дне в которой шарик может оставаться спокойно, но для попадания в другую впадину, соответствующую бегу, ему придется проскочить через нестабильное положение на «перевале» между ними. Зато, забравшись на этот «перевал», он легко «скатится» к новому стабильному положению. Интересно, что авторы работы показали, что сравнение со впадинами и перевалом не совсем корректно: дополнительной энергии, чтобы вывести систему из равновесия, не требуется. Осталось лишь разобраться, как именно устройство наших конечностей обеспечивает эти переходы, какие параметры при этом варьируются и как именно. Теория готова – дело за практикой, а там – и за роботами, легко переходящими с ходьбы на бег и обратно. Почти без участия мощных компьютеров и сложных алгоритмов. | |
| Просмотров: 706 | Загрузок: 0 | | |
| Всего комментариев: 0 | |