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
新しい研究で、動物、植物、真菌、機械が動力学的エネルギーの伝達を最大にするために利用している機械システムに共通したいくつかの一般原則が指摘された。この結果は、なぜ、一部の動物は力を生み出すために筋肉を持ち、別の動物はバネに似たシステムと保存されたエネルギーを使用しているのかを説明するのに役立つ。力を生み出し増幅するシステムの3つの重要な要素として、エネルギーを投入するモーター、エネルギーを保存できるバネ、突然の放出を誘発するラッチがある。今回、Mark Iltonらがモデリングを使用し、これらの要素がいつ効率的に協力するのか、いつしないのかを検討した。Iltonらの研究では、100を超える種の運動系の加速のデータセットを使用した。いくつかの知見の中から、ラッチの形状がエネルギー放出の持続時間に影響を与えることが報告された。短い放出時間ではより大きな力の増幅が行え、十分に長い時間では力の増幅が完全に排除できる。注目すべきことに、Iltonらは、なぜ力を増幅させるシステム（バネが関与しているもの）が小さい傾向があるのかを説明するエビデンスを明らかにした。結論としては、特定のサイズを超えると、バネは運動力学的な出力を促進せず、生物は筋肉を用いることで最善に機能できる。同様に、筋肉をベースとした力の増幅の効率には下限と上限があることが明らかになり、Iltonらは、それによって最小・最大の昆虫が中等度の大きさの昆虫に比べてゆっくりと跳躍する理由が説明できるのではないかと述べている。
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