Was wäre das beste Design für ein vielseitiges humanoides Bein, das gleichzeitig in jeder Funktion ziemlich gut ist (universelles Bein)?

es hängt davon ab, was das Bein tun soll

Sie fragen nach einem energieeffizienten und schnellen Beinpaar, das es einem Menschen ermöglicht, mit maximaler Energieeffizienz zu laufen und zu gehen. Meine Antwort darauf ist, in die Beine von Laufvögeln, insbesondere Straußen, zu schauen.

Sie sehen, der Schlüssel dafür, warum Strauße energieeffiziente Beine haben, liegt nicht nur in der Skelettstruktur selbst, sondern auch in der Muskelstruktur: Die absolute Mehrheit der Beinmuskeln des Straußes befindet sich in der Nähe der Oberseite seiner Beine, nahe am Körper. während die absolute Mehrheit der Bewegung in den unteren Regionen auf Sehnen angewiesen ist, die sich von diesen Muskeln aus erstrecken . Für einen besseren Vergleich hier, wie unterschiedlich unsere Muskelpositionierung von ihrer ist:

Diese Verbindung elastischer Sehnen ermöglicht es ihnen, während der Bewegung, insbesondere beim Laufen, minimale kinetische Energie zu verlieren, während die Muskelpositionierung dafür sorgt, dass die Extremitäten des Beins so leicht wie möglich sind und daher weniger Energie zum Bewegen benötigen. Kombinieren Sie das mit ihren charakteristischen 2 Zehen, die die nötige Traktion bieten, ohne es zu übertreiben (ich konnte ehrlich gesagt nicht genau verstehen, warum genau 2 Zehen das Beste sind, nur dass es anscheinend so ist) und Sie haben sich einem perfekten Bein am nächsten maximale Effizienz. Der Rest der Arbeit wäre sicherzustellen, dass diese Beine den Platz haben, den sie brauchen, um all diese Muskeln zu verankern. Vielleicht möchten Sie die Hüftform Ihrer Humanoiden ändern.

ABER das Straußenbein hat einen weiteren großen Unterschied, und hier beschwere ich mich über sein Beindesign: Strauße sind meines Wissens nach die schnellsten und energieeffizientesten zweibeinigen Läufer im Tierreich, aber Sie wissen, was sie nicht können tun, selbst wenn ihr Leben davon abhinge? Klettere ums Leben. Neben der Minimierung der Muskelmasse im Unterschenkelbereich und der Maximierung der Verwendung flexibler Sehnen in diesen Extremitäten, um den kinetischen Energieverlust auf ein Minimum zu beschränken, gibt es eine weitere wichtige Anpassung bei flüchtigen Kreaturen wie Pferden und Straußen: die Minimierung der seitlichen Gelenkbewegung durch eine Assoziation von Bändern. Hier ist ein Zitat aus dem Link, den ich gepostet habe:

Ein breites Spektrum an Gelenkbewegungen ermöglicht es Menschen, auf Bäume zu klettern oder Ballett zu tanzen, aber diese Flexibilität hat ihren Preis. Beim Laufen wird Muskelkraft für den Antrieb, aber auch zur Vermeidung seitlicher Gelenkbewegungen eingesetzt, wodurch sich unser Energiebedarf über eine bestimmte Distanz erhöht. Ich vermutete, dass Strauße einen effizienteren Ansatz hatten.

Tiere, die nicht müssen und die meiste Zeit auch nicht klettern können, weil sie in überwiegend ebenen Regionen leben, in denen eine der einzigen wirklichen Überlebensstrategien darin besteht, Ihrem Raubtier davonzulaufen. Diese Umgebung ermöglicht besser die Auswahl von Kreaturen, deren Anatomie die schnelle Bewegung in zwei Dimensionen optimiert (Ihre einzigen Optionen sind gerade Linien, links und rechts), was bedeutet, dass Seitwärtsbewegungen für sie praktisch nutzlos sind, da die Faktoren, die sie auswählen, "maximale" Geschwindigkeit und sind "maximale" Energieeffizienz bei dieser Geschwindigkeit (mit maximal meine ich nur genug, damit sie überleben und sich reproduzieren können. Natürliche Selektion ist kein Perfektionist), während Baumbewohner brauchendiese Bewegung beizubehalten, weil sie oft etwas verfolgen oder ausweichen, während sie sich auf dreidimensionale Weise bewegen, wenn plötzlich ein Auf und Ab eine praktikable Wahl ist.

Die Menschen stammten natürlich aus einer eher baumbewohnenden Gruppe von Vorfahren, und unsere Evolutionsgeschichte verlangte von uns nicht, die Effizienz zu maximieren, während wir auf dem Boden liefen. Ein anständig effizientes Schritttempo ermöglichte es uns, unsere Beute zu jagen, und die Erfindung von Werkzeugen und Gruppendynamik ermöglichte es uns, uns gegen viele der Kreaturen, die eine Bedrohung darstellten, zu verteidigen (und schließlich „Skidalle Skinct, du bist nicht ausgestorben“) zu wirken. Das ist wahrscheinlich der Grund, warum wir heute eindeutig nicht die besten Läufer sind, aber auch die Fähigkeit, auf einen Baum zu klettern, nicht vollständig verloren haben. Aus diesen und anderen Gründen sind Strauße die am schnellsten laufenden Zweibeiner auf dem Planeten, aber sie sind völlig unfähig, auf einem Stuhl zu sitzen oder auf einen Baum zu klettern, ihre mangelnde Beinflexibilität erlaubt es im Grunde nicht.

Also zusammenfassend: Es kommt darauf an, was genau Sie wollen. Wenn Ihr Ziel darin besteht, ein Bein zu bekommen, das im Wesentlichen perfekt für schnelle und effiziente Fortbewegung auf zwei Beinen ist, aber auch Mauern und Zäune, die groß genug sind, zu absoluten Hindernissen machen (es sei denn, Sie haben die Beinkraft eines Emu und der Zaun ist 6 Fuß hoch). , dann können Sie wahrscheinlich mit genügend Geschick darüber springen) die Anatomie von Straußen oder zumindest die von Laufvögeln zu verwenden, ist der beste Weg (ich rate Pferden nicht genau zu etwas anderem, als die Ähnlichkeiten in ihrem Ansatz zu sehen, da sie haben sich entwickelt, um vierbeinig zu arbeiten, während Strauße ausschließlich für zweibeinige Bewegungen angepasst sind). Wenn Sie diese Bewegungen nicht kompromittieren wollen, müssen Sie sich mit etwas zufrieden geben, das nicht so gut ist wie Laufen, aber auch nicht das Beste beim Klettern.

Wenn Sie Probleme haben, sich Straußenbeine auf einem humanoiden Körper vorzustellen, hilft Ihnen vielleicht diese Ansicht, wie ein potenziell "perfekter" menschlicher Körper aussehen würde:

Bildlink

Und wie sie sich bewegen würden, wahrscheinlich eine Mischung aus dem, wie Strauße gehen und dem, was Sie in diesem Video sehen

Bearbeiten: Wenn das Straußenmodell aufgrund seiner fast vollständigen Kletterunfähigkeit wirklich nicht in Frage kommt, Sie aber dennoch etwas wollen, das zumindest ähnlich genug ist, wäre meine beste Wahl für eine Beinstruktur etwas, das dem eines Dakotaraptors und anderer ähnelt Dromeosaurier.

Dakotaraptor war ein großes, aber flinkes Raubtier, das in der Hell-Creak-Formation in den USA entdeckt wurde. Trotz seiner Größe weisen anatomische Merkmale wie seine pneumatischen Knochen und seine Skelettstruktur darauf hin, dass der Dakotaraptor im Gegensatz zum ähnlich großen Utahraptor, der überwiegend ein Raubtier aus dem Hinterhalt ist, das zu sperrig ist, um wie seine kleineren Gegenstücke zu rennen, immer noch gut für Geschwindigkeit geeignet war, wobei moderne Schätzungen vorliegen 50 bis 60 km/h (moderne Strauße haben eine Obergrenze von 70), also waren sie von Anfang an eindeutig in der Lage, sich schnell und effizient zu bewegen. Die Tatsache, dass ihre gesamte Skelettstruktur in Proportionen ähnlich ist, sind kleine Gegenstücke, die sehr gut klettern und schwimmen konnten (ebenso wie die Tatsache, dass T-Rexe dies auch konnten), kann man davon ausgehen, dass die größte Einschränkung darin besteht, ob sie die Muskelkraft haben, um sich nach oben zu ziehen, aber das Problem liegt nicht ganz in der Skelettstruktur. Fügen Sie hinzu, dass sowohl kleinere Raubvögel als auch moderne Strauße die Fähigkeit zum Schwimmen zeigen, dies könnte Ihre beste Chance auf eine Beinstruktur sein, die zum Laufen und Reisen über lange Strecken effizient ist, ohne die Fähigkeit zum Klettern oder Schwimmen vollständig zu opfern (vorausgesetzt, Ihre Kreaturen nicht zu schwer sind, um ihr eigenes Gewicht nach oben ziehen zu können, was wiederum kein Problem mehr ist, das ausschließlich davon abhängt, ob sie von Natur aus nicht in der Lage sind, sondern eher das Quadratwürfelgesetz, das für Sie kommt, wenn Sie zu groß werden, ohne die richtigen Anpassungen einzuhalten sich leicht). Angesichts der Tatsache, dass Emus als Erwachsene bis zu 37 kg wiegen können, während sie immer noch 7 Fuß hoch springen (2.

Ich bleibe jedoch bei meinem Punkt: Keine Beinstruktur wird jemals in allem gleichzeitig die Beste sein. Wenn Sie möchten, dass eine Kreatur etwas ist, das sich in jeder Art von Umgebung auszeichnen kann, ist es am besten, sich mit Science-Fiction-Superkräften zu befassen und sie in die Lage zu versetzen, ihre Form zu ändern, damit sie sich spontan an ihre Umgebung anpassen kann.

Ein bisschen Strauß und Pferd

Wie Sie bereits erwähnt haben, können Strauße 15 km mit 50 km/h laufen. Dies liegt zum Teil an ihren Füßen, die nur zwei Zehen haben, ein minimalistisches Design, das eine gute Balance bietet. Vergleichen Sie dies mit menschlichen Füßen, die viele nutzlose Knochen haben, die durch Knorpel zusammengehalten werden, und Sie sehen, dass dies insgesamt ziemlich gut ist.

Rennpferde können mit Geschwindigkeiten von 60-70 km/h laufen. Das liegt an den Sehnen in ihren Beinen, die als Federn fungieren und beim Herunterdrücken des „Fußes“ kinetische Energie speichern und am Ende des Hubs wieder abgeben. Obwohl dieses Design ziemlich zerbrechlich und verletzungsanfällig ist, ist es ein guter Bonus für effiziente Laufbeine.

Die idealen Laufbeine für einen Humanoiden wären in der Lage, zwischen Plantigrade und Digigrade zu wechseln, auf Sohlen zu gehen und auf Zehen zu laufen. Dies bietet das Beste aus beiden Welten, Stabilität beim Gehen und Geschwindigkeit beim Laufen.