Op het eerste gezicht lijken vogels helemaal geen goede renners te zijn. Probeer het zelf maar eens: door je knieën zakken en dan een rondje rennen op je tenen waarbij je altijd met één voet de grond aan moet raken. Onderzoek van Naturalis en Universiteit Utrecht laat zien waarom dat voor vogels juist wel slim is. "Misschien moeten we robots ook zo leren rennen."
Vreemderenners
Vogels rennen eigenlijk heel raar. Waar de mens tijdens het rennen een moment heeft waarbij ze de grond niet raken, hebben loopvogels bij lagere snelheden altijd contact met de grond, “Grounded running” heet dat. Deze beweging verbruikt op het eerste gezicht veel meer energie dan wanneer de renner los komt van de grond. Dieren zijn over het algemeen geëvolueerd om zo duurzaam mogelijk met hun energie om te gaan. Als rennen op deze manier zo veel meer energie kost, waarom doen vogels dit dan? Dit heet de “grounded running paradox”. Een onderzoeksteam van Naturalis Biodiversity Center en Universiteit Utrecht wilde deze paradox oplossen.
Vogelanatomie
Het lijkt misschien niet zo, maar vogels lopen gebukt. Wat wij vaak aanzien voor hun knie, is in werkelijkheid hun enkel. De knie- en heupgewrichten zijn meestal bedekt door veren en niet in één oogopslag zichtbaar. Daarnaast hebben ze hele lange pezen die werken als een soort elastieken. Wanneer een poot aan de grond staat slaan de pezen energie op die vrijkomt wanneer de poten van de grond loskomen. Deze twee factoren zijn belangrijk voor de rentechniek van vogels. Om de grounded running paradox op te kunnen lossen, zou je het effect van de pezen en de gebukte houding moeten scheiden - maar dit kan niet bij een echte vogel.
Computersimulaties
Met computermodellen kun je dit onderscheid wél maken. Het team maakte natuurkundige modellen van emoes. Deze modellen leerden zij vervolgens lopen, met een optimalisatietechniek die ook wordt gebruikt in de lucht- en ruimtevaart: het model probeert te bewegen met zo min mogelijk energieverbruik en spieractivatie. Dat leverde soms grappige resultaten op, omdat de modellen bij niet optimale bewegingscoördinaties heel gek gingen lopen. Er kwam ook een belangrijk resultaat uit: grounded running is de meest optimale manier van lopen voor emoes, en vogels in het algemeen. Grounded running blijkt op bepaalde snelheden namelijk de meest energiezuinige rentechniek voor dieren die gehurkt lopen. De resultaten zijn gepubliceerd in Science Advances.
Dino'svs robots
Het oplossen van dit paradox vertelt ons ook iets over hoe dinosaurussen zich mogelijk bewogen. “Vogels hebben hun anatomie geërfd van hun dinosaurus-voorouders,” vertelt hoofdonderzoeker Pasha van Bijlert. “Dus de beste manier om iets over de beweging van dino’s van toen te leren, is door te kijken naar de dino’s van nu”. Dat is niet het enige dat we met deze informatie kunnen. “Grounded running is een stabielere en minder schokkerige manier van rennen. Robots die op twee benen lopen, rennen vaak als mensen. Technieken als grounded running zouden ook goed kunnen werken bij robots. Grounded running is energiezuinig en beter voor de apparatuur, dus misschien moeten we robots ook zo leren rennen."
Meer informatie
- Het artikel genaamd ‘Muscle-controlled physics simulations of bird locomotion resolve the grounded running paradox’ is gepubliceerd in Science Advances.
- Klik hier voor de abstract video
- Ondersteunend beeld- en filmmateriaal is te vinden in de persmap. Credits staan in de bestandsnamen; gelieve die te vermelden.
- Neem voor inhoudelijke vragen contact op met eerste auteur Pasha van Bijlert via pasha.vanbijlert@naturalis.nl
- Voor algemene vragen kun je contact opnemen met de afdeling Communicatie & Partnerschappen van Naturalis via communicatie@naturalis.nl of 071 - 7519 648.