协调微小肢体和长身躯：多样性爬行动物波动运动的几何力学
摘要：蜥蜴的身体形态具有多样性，从短腿和短身体到细长或几乎无腿。这种身体形态的多样性被认为是对复杂陆地环境中的运动适应的结果，但其运动方式和身体/肢体协调性尚未得到研究。在这项研究中，我们通过生物实验、几何运动理论和机器模拟实验，比较和系统地研究了不同蜥蜴形态的动力学。田野研究表明，短腿细长蜥蜴（Brachymeles）和实验室研究的有腿蜥蜴（Uma scoparia和Sceloporus olivaceus）以及无腿蜿蜒运动的生物（Chionactis occipitalis）体波动力学可以由行波和驻波的组合来描述；这些组份的幅度比与肢体长度呈反比关系。我们使用几何理论来分析和解释波动力学和身体-腿部协调的观察结果；该理论预测腿的推力调节了身体重量分布和自我推动机制，从而促进了身体波动的选择。我们通过调节地面穿透阻力来诱导规范化蜥蜴使用行波的生物实验，以及通过使用有腿的机器模型进行控制非生物实验来测试我们的假设。我们的模型可以有助于理解蜥蜴细长和减少肢体的进化过程中的功能约束，并促进机器人设计的发展。
作者：Baxi Chong and Tianyu Wang and Eva Erickson and Philip J Bergmann and Daniel I. Goldman
论文ID：2201.09312
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2022-08-10