Für sowas Routine, Gehen ist erschreckend kompliziert. Biomechaniker unterteilen einen einzelnen Schritt in mehrere Phasen: Zuerst kommt der Touchdown, wenn die Ferse den Boden berührt. Als nächstes kommt die einzelne Stützphase, wenn Sie auf diesem Bein balancieren. Danach rollen Sie zum Abheben auf die Zehenspitzen und Ihr Bein geht in einen Vorwärtsschwung.
All dies enthält ein Geheimnis. Forscher haben lange beobachtet, dass unser aufgestelltes Bein beim Gehen zweimal springt, bevor es in den nächsten Schritt schwingt. Das heißt, das Knie beugt und streckt sich einmal, wenn der Fuß zum ersten Mal aufsetzt, dann noch einmal kurz vor dem Abheben. Dieser erste Sprung hilft unserem Fuß, den Aufprall unseres Gewichts zu absorbieren, wenn wir auf den Boden treffen. Aber die Funktion des zweiten Aufpralls, ein Merkmal, das für den menschlichen Gang charakteristisch ist, war nie klar.
In einem Körperliche Überprüfung E Papier Im vergangenen Monat veröffentlicht, haben Wissenschaftler der Universität München möglicherweise eine Antwort gefunden. Durch die Modellierung der physikalischen Kräfte, die unseren doppelten Sprung antreiben, folgerten sie, dass es sich um eine energiesparende Technik für eine Spezies handelt, die lange Zeit Ausdauer über Geschwindigkeit gestellt hat – was ein Hinweis darauf sein könnte, warum Menschen einen so seltsamen Gang entwickelt haben. Jetzt glauben sie, dass ihr Modell helfen kann, das Design von Prothesen und Robotern zu verbessern, und vielleicht sogar einen Einblick in den evolutionären Druck geben kann, dem unsere Vorfahren ausgesetzt waren.
„Der Fuß ist hier das Schlüsselelement“, sagt Studienleiter Daniel Renjewski, Maschinenbauingenieur. Der menschliche Fuß ist, ehrlich gesagt, eine Art Kuriosität im Tierreich. Menschen haben einen 90-Grad-Winkel zwischen Fuß und Bein, fährt er fort, aber nur wenige andere Tiere. Das bedeutet, dass die meisten Tiere auf Zehenspitzen oder Fußballen laufen, während wir von Kopf bis Fuß laufen. Menschliche Füße sind auch relativ flach und unsere Beine sind ziemlich schwer, was es zu einer mechanischen Herausforderung macht, aufrecht zu bleiben und gleichzeitig den Körper vorwärts zu treiben.
Unser Double-Bounce-Gehmuster unterscheidet sich von dem Single-Bounce, das wir beim Laufen ausführen, was eine Bewegung ist, die hauptsächlich in der Luft stattfindet, sagt Susanne Lipfert, Sportwissenschaftlerin der Universität München, Co-Autorin der Studie. Beim Gehen bleibt der Fuß für bis zu 70 Prozent eines Schrittzyklus aufgesetzt, um uns zu helfen, bei langsameren Geschwindigkeiten das Gleichgewicht zu halten. Aber das geht mit einem Kompromiss einher: weniger Zeit, um uns voranzutreiben. Kontraintuitiv bedeutet das, dass Ihr Körper arbeiten muss Schwerer beim Gehen, um das Bein in seinen nächsten Schritt zu rezirkulieren. „Es erscheint auf den ersten Blick seltsam, einen Gang anzustreben, der nur sehr wenig Zeit lässt, das Bein nach vorne zu schwingen“, sagt Renjewski angesichts der Schwere unserer Beine: Mehr Masse erfordert mehr Kraft.
Wie schafft es die Menschheit angesichts all dieser Herausforderungen, sich fortzubewegen? Jahrelang war sogar unser mechanisches Verständnis davon, wie wir gehen, begrenzt, weil der Versuch, zu modellieren, was alle Muskeln, Sehnen und Gelenke des Unterkörpers zu einem bestimmten Zeitpunkt tun, eine mühsame – wenn nicht unmögliche – Aufgabe ist. Renjewskis Team entdeckte jedoch, dass der menschliche Gang auf eine einzige Gleichung reduziert werden kann, basierend darauf, wie sich der Fuß während des Doppelsprungs verhält.
Um ihr Modell zu bauen, reduzierten die Forscher das Fuß-Bein-System auf nur vier Gelenke an Hüfte, Knie, Knöchel und Zehen. Anhand von Daten, die Lipfert als Doktorand sammelte – Informationen über die Kräfte und Gelenkpositionen von 21 Personen, die beim Gehen auf einem Laufband auf Video aufgezeichnet wurden – versuchten sie, den Schritt des Fußes von der Ferse bis zur Zehe so zu beschreiben, als wäre er ein einfaches Objekt, das auf dem Boden rollt. Diese Bewegung ist leichter zu verstehen, als zu versuchen, die gesamte Anatomie des Fußes zu berücksichtigen.