video: High-speed video of a silicon-based jumping micro-robot (m=8 mg). This material relates to a paper that appeared in the 27 April 2018 issue of Science, published by AAAS. The paper, by M. Ilton at University of Massachusetts Amherst in Amherst, MA, and colleagues was titled, "The principles of cascading power limits in small, fast biological and engineered systems." view more
Credit: Sarah Bergbreiter
一项新的研究确定了机械系统中常见的几项一般原则，动植物、真菌和机器正是利用这些原理来最大程度地输送动能。这些结果可帮助解释为什么有些动物有产生力量的肌肉，而另外一些生物则依赖弹簧样的系统及储能。一种能够产生并放大力量的系统的3个关键组件可包括：一个可输入能量的马达、一个可存储能量的弹簧及一个触发能量突然释放的闩锁。Mark Ilton和同事在此用建模来探索这些组件会在何时高效地协同发挥，何时则不能有效地同时运作。他们的研究包括了100多个物种的动力系统中的有关加速的数据集。他们所报告的几个发现包括：闩锁的形状会影响能量释放的时长。较短的释放时间会产生较大幅度的力量放大，而过长的释放时间则会完全消除力量扩增。值得注意的是，作者找到了可解释为什么那些（用弹簧）放大力量的系统往往是较小的证据；因为事实证明，当超过一定大小时，弹簧就不能增进运动的输出，而对生物体最好的运动输出方式是使用肌肉。作者说，同样地，基于肌肉的力量放大效能也有上下限，这可解释为什么体型最小和最大的昆虫的跳跃速度往往比中等体型的昆虫要慢。
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