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恐龙运动的模型可以帮助我们建立更强大的机器人和建筑物

从大约245到6600万年前,恐龙在地球上漫游。虽然保存完好的骷髅让我们对它们的外观有了很好的了解,但它们的四肢工作方式仍然是一个更大的谜团。但是,计算机模拟可能很快就能提供一些物种移动的真实一瞥,并为机器人,假肢和建筑等领域的工作提供信息。

约翰·哈钦森,进化生物力学的皇家兽医学院在赫特福德郡,英国教授和他的同事正在研究最早的,小恐龙的运动,如五年之久的部分Dawndinos项目开始于2016年。

哈钦森教授说,这些恐龙已经被大大忽视了。“人们 - 包括我在内 - 大多数人都在研究像霸王龙这样的名人恐龙。”

大约2.25亿年前,在三叠纪晚期,这些小恐龙属于少数民族,而与它们并存的较大的鳄鱼类动物则更多,更多样化。恐龙不知何故继续茁壮成长,而那个时期的大多数其他动物都灭绝了。

与他们的四足重型同时代人相比,这些早期恐龙的突出之处在于它们有一个直立的姿势,至少可以间歇地走在两条腿上。一种理论认为,他们的运动风格给了他们生存优势。

哈钦森教授说,这个项目的想法是测试这个想法。

该团队已经开始开发计算机模拟,以估计11种不同种类的已灭绝的龙类 - 包括鳄鱼,鸟类,它们的亲戚和恐龙的动物群 - 可能已经移动过。他们将专注于五种不同类型的动作:步行,跑步,转身,跳跃和站立。

模拟

为了测试他们的模拟是否准确,研究人员计划给他们的亲戚 - 鳄鱼和鸟类 - 提供相同的治疗。然后,他们将结果与运动的实际测量值进行比较,以确定他们的灭绝动物的计算机模型有多好。

哈钦森教授说,这将是我们第一次真实地(用经验证据进行测试)这些方法非常严格地得到我们可以得到的最好的数据。

到目前为止,他们已经为蓝本的运动鼠龙属 -巨型食草蜥脚类恐龙,如早期的表弟雷龙。该鼠龙属小得多和研究人员想看看是否四条腿像其较大的亲属感动。哈钦森教授表示,动物的第一次重建是在四条腿上进行的,因为它有很大的臂。

他们使用来自阿根廷的保存完好的化石扫描,就能够制作出新的运动模型。哈钦森教授和他的团队发现它实际上是双足的。因为它的前肢的手掌向内并且前臂关节不能向下旋转,所以它不可能在四条腿上行走。因此,它无法将其前腿植入地面。

哈钦森教授说,直到我们把骨头放在一个三维环境中,并尝试用他们的动作玩耍时,我们才清楚地知道这不是一只手臂和手很动的动物。

机器人

项目期间产生的模拟可能对动物学家有用。但哈金森教授表示,他们也可能有不太明显的应用,例如,有助于改善机器人的移动方式。

需要准确的模型来复制动物的运动,机器人研究人员经常从中获取灵感。例如,模仿鳄鱼可能会产生一种既可以在陆地上游泳也可以在陆地上行走的机器人。

哈钦森教授还定期与有兴趣使用他的模拟创建逼真动画的电影和纪录片制作人联系。哈钦森教授说,如果物理学不正确,很难让更大或不寻常的动物正常运动。

了解最大恐龙的运动是古生物学研究员Alexandra Houssaye及其同事来自法国国家科学研究中心和巴黎国家自然历史博物馆的项目。通过他们去年开始的Gravibone项目,他们希望确定允许大型动物携带重型骨骼的肢体骨骼适应性。

“我们真的想了解(骨骼特征)与大规模有什么关系,”Houssaye博士说。

海量

到目前为止,研究表明,大型动物肢体的长骨比小动物的骨骼长。但这种总体趋势只是表面上看到了。随着时间的推移,外部和内部骨骼结构已经适应,以帮助支撑动物的体重。例如,较小的陆生动物有空心肢体骨骼,大象,犀牛和河马等大型动物在中间有结缔组织。

在最大的动物和它们的祖先中,还存在其他差异。例如,现代犀牛的肢骨短而重。但是他们的史前亲戚称为Indricotherium,这是有史以来最大的陆生哺乳动物,骨骼不那么粗壮。“很有意思的是,最大的没有最庞大的(框架),”Houssaye博士说。

该团队正在研究生物和灭绝动物,重点关注大象,犀牛,河马,史前哺乳动物和恐龙,如蜥脚类恐龙 - 这一群体包括有史以来最大的陆生动物。

到目前为止,他们已经比较了犀牛,祖先,犀牛和犀牛的祖先化石的踝骨。他们发现,对于相同质量的动物,根据它们是短而粗壮还是长肢而存在差异。在不那么矮胖的动物中,两个踝骨往往更加鲜明,而在那些大规模建造的踝骨中,它们之间的联系更紧密,可能是为了加强关节。

“这不仅仅是动物的质量,而是质量如何在身体上分布,”侯赛耶博士说。“对我们来说很有意思。”

三维建模

他们的下一步将是扫描不同的肢体骨骼并分析其内部结构。例如,他们还将使用3D建模来确定骨骼的不同部分在不同位置可以处理多少重量。

Houssaye博士说,该项目的结果有助于为人类和动物提供更有效的假肢。设计师将能够更好地了解肢体骨骼的不同特征(如厚度和方向)与其强度的关系,使他们能够创造更轻但更耐用的材料。

同样,Houssaye博士也对建筑行业感兴趣,该行业正在寻找新型材料和更有效的建筑技术。例如,支撑重型建筑物的支柱可以通过改进其内部结构而使用更少的材料来制造。

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