Японские ученые раскрыли биомеханику кошачьего «рефлекса выпрямления»

Кошки обладают «рефлексом выпрямления в воздухе» — сложным маневром, позволяющим им переворачиваться во время падения, чтобы выровняться и приземлиться на лапы, избегая тяжелых травм. Эта способность, которая кажется противоречащей законам физики, поскольку объект в свободном падении не должен иметь возможности вращаться без внешней опоры, десятилетиями интриговала ученых. Исследователи из Университета Ямагути в Японии проанализировали структуру и гибкость кошачьего позвоночника, чтобы раскрыть механику этого процесса.

Для изучения ученые провели серию экспериментов. На первом этапе они исследовали позвоночники пяти кошек, умерших по естественным причинам, в соответствии с этическими нормами. Грудной отдел, включающий ребра и верхнюю часть спины, был отделен от поясничного отдела. К каждой части прикладывались контролируемые силы кручения с помощью специальных приборов для измерения гибкости, прочности и устойчивости позвонков при вращении вокруг оси.

На втором этапе использовались сверхскоростные камеры для съемки двух здоровых кошек, которых осторожно отпускали с высоты на мягкий матрас. На тела животных в области плеч и бедер наносились маркеры для точного отслеживания движений компьютерной системой. Анализ кадров позволил изучить динамику вращения в режиме реального времени.

Результаты показали, что позвоночник кошки обладает неоднородной гибкостью. Грудной отдел оказался наиболее подвижным, имея обширную «нейтральную зону», где позвоночник может вращаться почти свободно на угол до 50 градусов при минимальных затратах энергии. Напротив, поясничный отдел оказался значительно жестче и выполняет функцию стабилизатора.

Комбинируя данные механических испытаний и видеосъемки, исследователи сформулировали модель движения. Вращение происходит последовательно: кошка сначала поворачивает голову и переднюю часть туловища, используя гибкость грудного отдела, а затем заднюю часть. Жесткий поясничный отдел служит «твердым якорем» для передней части, предотвращая неконтролируемое вращение. Когда передняя часть завершает поворот, задняя часть следует за ней, используя накопленный момент.

Авторы исследования отмечают, что такая последовательность движений и адаптация отделов позвоночника обеспечивают уникальную маневренность. Эти выводы не только объясняют биологическую загадку, но и имеют прикладное значение. Понимание биомеханики кошек может помочь в разработке точных математических моделей движения животных, улучшить диагностику травм позвоночника в ветеринарии и способствовать созданию роботов с продвинутыми способностями к навигации и маневрированию. Проектирование систем с переменной гибкостью, подобной кошачьей, может привести к созданию более мобильных и быстрых роботов для выполнения сложных двигательных задач.