一个旋转的车轮、一个运动的玩具和一只荡秋千的猿猴之间有什么共性呢？根据一项新的研究成果，如果没有那些使它们失去动力的摩擦和碰撞，这3种事物都会一直运动下去，而不会消耗一点儿能量。这一发现表明，动物的运动遵循着使其肌肉运动最小化的方式进行着。
根据牛顿的惯性定律，一个处于匀速直线运动状态的物体，在没有外力作用的情况下，将永远保持其运动状态。因此在没有空气摩擦和由于摩擦而导致的其它能量损失的情况下，一个沿着平面旋转的车轮将能够永远运动下去。美国纽约州伊萨卡康奈尔大学的生物机械论学家Andy Ruina和Mario Gomes希望搞清，一个运动或者摆动的机器人，如果它的关节没有摩擦或者没有空气阻力，那么它是否也能够永远地运动下去。
为了找到这一问题的答案，研究人员设计了一个机器人的数学模型，研究人员利用铰链和弹簧将这个机器人的双腿和躯干连接起来。他们随后排除了能够消耗能量的碰撞情况的发生，例如，研究人员让机器人采取了一种非常平缓的步伐，就像它在沿着一个平面行走一样。在这种情况下，机器人的运动状态是无限期的。研究人员在《物理评论E卷》上刊登的一篇论文中报告说，机器人像钟摆一样的运动促使它向前行进：能量在摇摆的身体和拖曳的双腿之间来回地穿梭。
另一个类似的模型利用一种假设的摇摆的猿制造了一些更为逼真的运动模式。在一种像行走一样的运动模式中，即便没有任何跳跃，猿也可以优雅地在笼子中悬摆，在这种模式下，猿的一只手掌总能够迅速地抓牢，而在另一种与跑类似的运动模式中，猿则能够在栏杆间“飞行”。研究人员在将于12月份出版的《理论生物学杂志》上报告了他们的研究成果，他们发现，当排除了摩擦和碰撞后，在每一种运动模式中，假定的猿都能够无限期地滑行。
加拿大卡尔加里大学的生物机械学家John Bertram指出，这些模型将排除能量损失作为问题的解决方法是“意义深远并且相当完美的”。Bertram表示，这一研究结果表明，对于行走或者摆动而言，能量的使用并非是必不可少的，除非我们将大部分的能量都消耗在了转弯或者加速中。
在理想的运动模式下，这只猿在能量用尽之前就能够荡出这片树林。（图片提供:Andy Caulfield/Getty Images）
(群芳 译自www.sciencenow.org，11月4日)
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