斯科尔科沃科技学院 信用:CC0公共领域 动物运动的丰富多样性有统一的原则支撑吗？在巴黎狄德罗大学、巴黎萨克莱大学和国立自然历史博物馆，一位斯科尔泰克教授和他的法国合作者进行了一项热力学分析，显示了当涉及到自由运动时，不管可用的模式和步态如何，废物最小化为什么以及如何在效率或功率最大化上占优势
这项研究发表在《物理评论快报》上
“运动是动物生活的一个标志，”斯科特教授亨尼·厄丹说，“这就是为什么它至少从亚里士多德时代起就让思想家着迷
“教授
欧尔丹补充道，“在19世纪晚期，埃德沃德·迈布里奇发明了动物内窥镜，这是电影的先驱，吸引了目睹了生物力学的美丽复杂性的人群；生物和人造机器之间的详细比较很自然地随之而来，但是解释生命的成功非常有限
" 对于人造机器来说，为了节约资源，能量转换效率的最大化是必须的，但这是否适用于自由活动的动物？考虑到动物生活和栖息地的多样性，回答这个问题是一个巨大的挑战
权力最大化是压力情境下的明显目标，猎物追逐或逃跑；但是没有明确的原则，如果有的话，似乎适用于自由运动
事实上，能量管理和运动之间的详细相互作用，特别是跨步态能量消耗的优化，一直难以捉摸
教授
厄丹和他的主要合作者，教授
克利斯朵夫·古皮尔以前曾广泛研究过能量转换器的非平衡态热力学，但是向生命物理学的飞跃是一个令人畏惧的前景
事实上，像生物体这样高度复杂系统的通用紧凑运动模型似乎遥不可及
“当然，关于这个主题的文献是丰富的，但是许多模型依赖于大量的拟合参数来再现部分观察到的肌肉动作的能量学，这在某种程度上阻碍了对工作中的热力学过程的清晰认识
此外，基本的肌肉模型源自使用死亡的、解剖的肌肉的原创作品，同时人们希望了解生物体内化学到机械能的转换，”教授说
古皮
建立运动热力学模型的第一步是在实际的活体肌肉中建立一个适当的代谢能量转换模型
这项工作发表在2019年的《新物理学杂志》上，作者是
厄丹和他的合作者强调，必须严格考虑特定的边界条件，在负荷下的活肌肉，以及他们的代谢强度相关的反馈效应
因此，他们的工作弥补了惰性肌肉模型和实际动物活动肌肉之间的巨大差距
“在我们最新的工作中，引入努力的能量成本，我们揭示了动物运动的非平衡热力学的一个基本极值原理:自由运动需要代谢废物产生最小化
我们使用已发表的行走、小跑和疾驰的实验数据，每种步态代表不同的生物力学工作条件
我们用我们的模型恢复了这些趋势，并为动物运动提供了新的见解，因此超出了我们的案例研究，”教授说
乌尔丹
这项研究有助于在理解任何环境(陆地、空中、水生)中独立于系统发育的运动方面取得重大进展
有趣的是，它还揭示了一个自然原理，这个原理可以推动未来人造废物高效机器的创新设计，它还可以为生物智能机器人提供信息，以解决与环境、能源和能源有关的问题
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、本体感觉和致动器的可变机械阻抗，这反过来可以推进基于物理学的生命理论的发展
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