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数学家为我们脚下的旧拱门找出新的技巧

导读坚硬的中足对于在地面上行走和跑步时承受巨大的力量至关重要人们认为,沿着脚长的足弓是造成脚中部僵硬的原因。现在,沃里克大学与其他两

坚硬的中足对于在地面上行走和跑步时承受巨大的力量至关重要

人们认为,沿着脚长的足弓是造成脚中部僵硬的原因。现在,沃里克大学与其他两所大学之间的研究合作表明,脚步弓(横向弓)研究较少的重要性更高。

我们的研究为未来的脚部健康研究人员打开了研究脚部的新方法。即使平足的定义也基于纵向弓形,而没有考虑横向弓形。我们的工作使这些标准实践受到质疑,但是需要更多的工作来知道如何更新它们。

步行和跑步会使我们的脚承受超过体重的力量。脚的纵向拱形被认为是脚在这种载荷下不会变形的原因。但是,来自沃里克大学,冲绳科技大学研究生院和耶鲁大学的研究人员表明,横向拱对于这种刚度可能更为重要。

以往的脚刚度理论是关于纵向足弓的,但是在2月26日于《自然》杂志上发表的论文“人脚的刚度和横向足弓的演变”中,沃里克大学的研究人员进行了合作与耶鲁大学和OIST研究生院合作,提出横拱可能起同样重要的作用。

这项合作发现,与先前工作中的纵向弓形相比,横向弓形是足部刚度更大的来源。他们还发现,横向拱形在350万年前演变成几乎像人的样子。

沃里克大学数学系的Shreyas Mandre博士,冲绳科技大学研究生院(OIST)的非线性与非平衡物理部门的Mahesh Bandi教授与来自冲绳科技大学的Madhusudhan Venkadesan教授之间的合作耶鲁大学获得了人类前沿科学计划颁发的青年研究者奖。

作者说,这项研究促使人们进一步研究横弓在足病学和进化人类学学科中的作用。这些见解还可以启发人工脚和机器人脚的新设计。

通过查看薄纸片,可以更简单地理解横向拱的作用。当短边保持平坦时,纸张会松软并在少许重量下下垂。但是卷曲边缘一点甚至是重量的100倍都不过分。

曼德雷博士解释说:“像纸张这样的薄薄物体很容易弯曲,但是很难拉伸。”“片材的横向曲率在试图弯曲时会受到其横向拉伸的影响。由于曲率而导致的弯曲和拉伸耦合是支撑横向拱形的基本原理。”

但是,由于脚具有多种机械功能,因此其结构比纸张更复杂。因此,“压平”脚来测试曲率引起的变硬的假设可能具有不确定的混淆变量。为了克服这个困难,研究人员巧妙地破坏了基本原理,同时保持了完整的横弓。

“对基本原理的理解使我们能够构建包括模仿脚弹性组织的弹簧的机械脚模拟物。破坏这些模拟物中的横向弹簧与使它们变平具有相同的效果,”合作伙伴Ali Yawar解释说。该研究的作者。

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