蛇怪蜥蜴(basilisk lizard)身輕如燕,能夠以合適的角度擺動雙腿,在水上快速“行走”,人類是否也可以做到這一點呢?根據最新的一項研究報道,來自意大利的3位科學家首次利用數學模型對人類在水上奔跑進行了模擬。模擬結果顯示,人類可以在減少重力的情況下實現水上奔跑。

在地球上,僅有少數物種能夠在水上“奔跑”,如水黽(黽mǐn,水生半翅目類昆蟲)、一些水生鳥類和蜥蜴等等。而包括人類在內的其他物種由于身體重量的限制,缺乏靈活的肢體且自身肌肉力量有限,均無法在水上奔跑。然而,如果能夠把重力減小到小于自身在地球引力下的實際重力,那么是否只需要較小的肌肉力量人類便可實現在水上奔跑。
為了驗證這一大膽猜想,意大利的3位科學家發明了一種特殊的鰭狀鞋子,并在兒童泳池中開展了相關實驗。在實驗中,研究人員首先利用水動力學模型方程對人類在水上奔跑所需的體重、步頻和重力進行預測。然后要求實驗人員穿上一種特殊的鰭狀鞋子在兒童泳池中奔跑。與此同時,研究人員利用重力減小模擬器對實驗人員的體重和重力進行實時調整。實驗結果表明,人類可以利用小型剛性鰭在較小重力水平下(約等于或小于物體在月球上的重力)實現水上奔跑。
另外,通過將反光貼粘在實驗人員的主要關節部位,研究人員捕捉到了實驗人員在水上奔跑過程中其主要關節的三維動作圖像。研究人員發現,實驗人員在水上奔跑的過程中,其關節運動頻率及模式與蛇怪蜥蜴和水鳥非常相似,盡管步頻較高且運動較劇烈,但是實驗人員的頭部和軀干部位幾乎始終保持在同樣的水平高度。這種軀干的穩定性有別于人類在普通情況下的奔跑行為。
研究人員指出,盡管人類和蜥蜴在體形結構上區別非常大,但是蛇怪蜥蜴在水上奔跑的水動力模型也能適用于人類。
相關文獻:
(科學之家,譯審/編輯:AJ Chen)
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