لشيء هكذا الروتين ، والمشي معقد بشكل صادم. يقسم أخصائيو الميكانيكا الحيوية خطوة واحدة إلى عدة مراحل: أولاً ، هناك هبوط ، عندما يضرب كعبك الأرض. بعد ذلك تأتي مرحلة الدعم الفردي ، عندما تقوم بالتوازن على تلك الساق. بعد ذلك ، تتدحرج على أصابع قدميك للإقلاع وتتأرجح رجلك إلى الأمام.
كل هذا يحتوي على لغز. لاحظ الباحثون منذ فترة طويلة أنه عندما نمشي ، ترتد ساقنا المزروعة مرتين قبل أن تتأرجح إلى الخطوة التالية. أي أن الركبة تنحني وتمتد مرة واحدة عندما تلمس القدم أولاً ، ثم مرة أخرى قبل الإقلاع مباشرة. يساعد هذا الارتداد الأول قدمنا على امتصاص تأثير وزننا أثناء ارتطامنا بالأرض. لكن وظيفة الارتداد الثاني ، وهي سمة مميزة للهدف البشري ، لم تكن واضحة أبدًا.
في مراجعة البدنية بحث نُشر الشهر الماضي ، ربما وجد العلماء في جامعة ميونيخ إجابة. من خلال نمذجة القوى الفيزيائية التي تحرك ارتدادنا المزدوج ، استنتجوا أنها تقنية موفرة للطاقة لأنواع أعطت الأولوية للتحمل على السرعة لفترة طويلة – والتي قد تكون دليلًا على سبب تطور البشر لمثل هذا الهدف الغريب. الآن ، يعتقدون أن نموذجهم يمكن أن يساعد في تحسين التصميمات الاصطناعية والروبوتية ، وقد يقدم نظرة ثاقبة على الضغوط التطورية التي واجهها أسلافنا.
يقول دانيال رينجوسكي ، المهندس الميكانيكي الذي قاد الدراسة: “القدم هي العنصر الأساسي هنا”. قدم الإنسان ، بصراحة ، نوع من الغرابة في مملكة الحيوان. يتابع قائلاً: لدى الناس زاوية 90 درجة بين القدم والساق ، لكن القليل من الحيوانات الأخرى تفعل ذلك. هذا يعني أن معظم الحيوانات تمشي على أطراف أصابعها أو كرات أقدامها ، بينما نسير من الكعب إلى أخمص القدمين. أقدام الإنسان مسطحة نسبيًا ، وأرجلنا ثقيلة جدًا ، وكلاهما يجعل البقاء منتصبًا أثناء دفع الجسم للأمام تحديًا ميكانيكيًا.
يختلف نمط المشي المزدوج الخاص بنا عن الارتداد الفردي الذي نحدثه عند الجري ، وهي حركة يتم نقلها في الغالب في الهواء ، كما تقول عالمة الرياضة بجامعة ميونيخ سوزان ليبفيرت ، وهي مؤلفة مشاركة في الدراسة. أثناء المشي ، تظل القدم مغروسة لما يصل إلى 70 بالمائة من دورة الخطوة لمساعدتنا على البقاء متوازنين بسرعات أبطأ. لكن هذا يأتي مع مقايضة: وقت أقل لدفع أنفسنا إلى الأمام. بشكل غير متوقع ، هذا يعني أن جسمك يجب أن يعمل أصعب عند المشي لإعادة تدوير الساق إلى خطوتها التالية. يقول رينجوسكي: “يبدو من الغريب ، للوهلة الأولى ، أن تهدف إلى مشية لا تترك سوى القليل من الوقت لتأرجح ساقك للأمام” ، نظرًا لمدى ثقل أرجلنا: تتطلب المزيد من الكتلة مزيدًا من القوة.
إذن ، بالنظر إلى كل هذه التحديات ، كيف يمكن للبشرية أن تتنقل؟ لسنوات ، حتى فهمنا الميكانيكي للطريقة التي نسير بها كان محدودًا ، لأن محاولة صياغة ما تفعله كل عضلات وأوتار ومفاصل الجزء السفلي من الجسم في أي وقت هو مهمة شاقة – إن لم تكن مستحيلة -. ومع ذلك ، اكتشف فريق Renjewski أنه يمكن اختزال مشية الإنسان إلى معادلة واحدة ، بناءً على كيفية تصرف القدم أثناء الارتداد المزدوج.
لبناء نموذجهم ، قام الباحثون بتقليص نظام القدم إلى أربعة مفاصل فقط في الورك والركبة والكاحل وأصابع القدم. باستخدام البيانات التي تم جمعها ليبفرت كطالب دراسات عليا – تم تصوير معلومات حول القوى والمواقف المشتركة لـ 21 شخصًا على شريط فيديو أثناء المشي على جهاز المشي – حاولوا وصف خطوة القدم من الكعب إلى أخمص القدم كما لو كانت شيئًا بسيطًا يتدحرج على الأرض. هذه الحركة أسهل في الفهم من محاولة حساب كامل تشريح القدم.
