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简单模型解释了为什么不同的四足动物采用相似的步态

2019-11-22 14:37:55

根据加拿大艾伯塔省卡尔加里大学的Delyle Polet和John Bertram 在PLOS计算生物学上发表的一项研究,大多数哺乳动物以低速行走并以中速奔跑或小跑,因为这些运动策略在能量上是最佳的。

当以给定的速度不受约束时,四足动物的成员通常会选择一个共同的步态,而这仅是该物种唯一的。几乎没有例外,哺乳动物选择低速散步,中速奔跑的小跑和高速奔跑。鉴于存在多种选择,步态选择的一致性非常出色。在这项新研究中,Polet和Bertram探索了为什么四足哺乳动物在如此众多的选择中时会以这种一致的方式运动。他们通过使用四足动物的简单计算模型来确定精力旺盛的步态,从而解决了这个问题。

该模型几乎可以使用任何(物理允许的)运动模式,但选择自然观察到的运动策略是能量最佳的。研究人员将模拟结果与狗的经验数据进行了比较,但他们预计该结果将更广泛地应用于四足哺乳动物。基于计算机的预测与自然动物运动之间的相似性令人震惊,这表明哺乳动物利用运动策略来优化移动时的能源使用。

Polet说:“我们没有告诉计算机应该选择哪种步态,但是无论如何它都能找到自然的步态。” “从本质上讲,将一些物理学原理插入计算机程序中,按一下播放键,然后看似“决定”像狗一样走路,这是超现实的。”

尤其是,结果为至少在狗形形态下低速行走和中速跑步或小跑的全局最优性提供了证据。这组作者认为,这有力地表明,这些步态以各自的速度是全局最优策略。

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