Учёные объяснили, как собаки в упряжке меняют стиль бега

Координация движений конечностей у животных давно интересует биомеханику и инженеров-разработчиков роботов. Галоп у четвероногих млекопитающих — одно из самых динамичных и энергозатратных движений. Однако то, как животные меняют аллюры на высокой скорости при работе с нагрузкой, остаётся малоизученным. Ездовые собаки представляют собой особенно показательный, но ранее практически не исследованный пример: им приходится не только двигаться на высокой скорости, но и тянуть упряжь, что накладывает дополнительные биомеханические ограничения.

В новой работе исследователи из Университета Сиракуз применили высокоскоростное видео, сенсоры в упряжи и физическое моделирование для анализа. Оказалось, что ездовые собаки нередко меняют тип галопа — переходят от ротационного к трансверсальному и обратно — всего за несколько шагов и без изменения скорости или условий. У одного животного наблюдались все четыре варианта галопа, у другого — преимущественно один устойчивый.

Для того, чтобы понять механику этих переходов, авторы разработали специальную виртуальную модель. Она воспроизводит шаги и силу тяги, учитывая нагрузку и асимметрию конечностей. Расчёты показали, что ключевым механизмом смены аллюров являетсярегулировка «жёсткости» конечностей в фазе маха. Таким образом, собаки в упряжке могут менять стиль бега не из-за скорости или внешних условий, таких как рельеф поверхности, а за счёт небольших изменений в работе конечностей. Когда собака немного меняет силу тяги задних лап, она переходит на один тип галопа, а при изменении в работе передних лап — на другой.

Авторы отмечают, что их работа впервые демонстрирует, как смена аллюров у ездовых собак возможна без изменения скорости за счёт локальной адаптации жёсткости конечностей. Эти результаты подтверждают явление локомоторной мультистабильности и дают новое понимание того, как животные поддерживают эффективность при длительной работе с нагрузкой. По мнению исследователей, выводы важны не только для биологии, но и для инженерии — они задают основу для создания адаптивных роботизированных систем, способных менять режимы движения так же гибко, как это делают ездовые собаки.

Источник: arxiv.org

Подпишитесь прямо сейчас на наш телеграм-канал, чтобы следить за ветеринарными новостями.