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人类双足如何实现行走 |《自然》论文

2020-02-27  宝钢股份

根据《自然》在线发表的一项研究Stiffness of the human foot and evolution of the transverse arch,人类双足演化形成特有的足弓,使人类得以行走和奔跑。这一发现加深了人们对人类双足演化的认识,或有助于改进机械足设计。

脚印 | 版权 M. Venkadesan

人类演化形成了坚硬足弓,这对于有效的直立行走至关重要,而黑猩猩、大猩猩和猕猴等其他灵长类动物的脚则相对灵活、扁平。研究人员一直争论的一个问题是:人类双足的构造如何令足部坚硬。大多数研究都集中在从脚后跟到脚掌的内侧纵弓(MLA),而未考虑足横弓(TTA)的作用。

足部骨骼的足弓和典型承重方式的示意图。版权 M. Venkadesan

为了研究TTA是否会让双足坚硬,美国耶鲁大学的Madhusudhan Venkadesan及其同事对人类双足进行了弯曲测试。结果表明,足部硬度40%以上源自TTA。从中间折一张纸,会使其纵向变硬,TTA对足部的作用与之类似。

用一块骨骼的跖骨扭转测量横弓。版权 M. Venkadesan

测试显示力会导致跑步过程中脚部轻微弯曲。视频制作:耶鲁大学的Ali Yawar,Carolyn Eng和Madhusudhan Venkadesan。

作者还研究了多种灵长类动物的TTA的演化,包括已灭绝的古人类,发现只有人属才充分演化形成了MLA和TTA。这些发现表明,这两个相邻足弓共同作用,使足部纵向产生了硬度。此外,人类足部经过了多个阶段的演化,才得以让人类高效地行走和跑步。

Glen Lichtwark和Luke Kelly在相应的“新闻与观点”文章中表示,该机制或可以直接用于改善仿人脚的假肢或有腿机器人的设计。

新闻与观点文章:Ahead of the curve in the evolution of human feet

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