탄도 운동

Ballistic movement

탄도 운동은 매우 짧은 시간 동안 최대 속도와 가속도를 보이는 근육 수축으로 정의될 수 있다.그들은 높은 발사율, 높은 힘 생산, 그리고 매우 짧은 수축 시간을 보여준다.

생리학

근육수축

탄도근육운동의 근육수축은 동시작용제 및 길항제근육의 근육 공동활성화 또는 특징적인 3중작용제/길항제근육 활성화가 나타날 수 있다.[2]삼중근육 활성화를 입증하는 전자파(EMG) 기록은 100ms 동안 지속될 수 있는 60~120Hz의 발화 속도로 짧은 작용제 모터 장치 활성화 신호로 시작하여 이동이 시작되기 50~100ms 전에 발생한다.탄도 움직임의 발사 속도는 느린 램프 움직임(5–15 Hz)보다 훨씬 높다.따라서 짧은 작용제 근육수축은 길항제 근육단위의 활성화가 뒤따른다.길항제 근육 단위 활성화 정도는 환경 자극에 독립적인 첫 번째 작용제 근육 활성화와 달리 당면한 과제에 따라 달라진다.길항제 근육수축의 기능은 탄도 움직임의 진폭과 타이밍을 조절하는 것으로 여겨진다.길항제 근육수축은 사지가 과도하게 늘어나는 것을 방지함으로써 관절의 부상을 예방하는 역할을 할 수 있으며 사지가 움직이는 거리와 시간을 조절하는 기능도 있다.작은 진폭의 탄도 이동을 포함하는 실험은 길항제 근육 활성의 현저한 증가를 보여주며, 이동 거리가 통제되지 않는 실험은 길항제 근육 활성화가 감소하거나 존재하지 않았다.[3]두 번째 작용제 근육 활성화는 길항제 근육 수축의 음성 가속과 그에 따른 탄도 운동을 종식시킬 것을 제안한다.

힘과 정력

에너지의 탄성 저장

탄도 움직임은 탄성 에너지 저장과 그에 따른 회복 메커니즘을 통해 동력을 얻는 경우가 많다.탄도 움직임의 극도로 빠른 속도를 내는 데 필요한 힘은 탄력적인 요소(힘줄, 아포네로 또는 근육 등)에 저장되는 근육 작업을 통해 가능하다.근육 작업은 비교적 느린 시간에 걸쳐 이러한 탄력적인 요소에 적용되며, 매우 빠르게 방출된다.[4]에너지가 저장되는 시간보다 훨씬 짧은 시간에 방출되기 때문에 더 높은 출력이 발생한다.이런 의미에서 근육의 힘은 실제로 증폭된다.근육수축에 의해 에너지가 생성되어 힘줄에 저장되었다가 신체의 기계적 에너지(또는 신체분절)를 증가시키기 위해 방출되면 근력이 증폭된다.그러나 '갑화'라는 용어는 기만적일 수 있다는 점에 유의해야 한다.동물들에게 있어서 탄성 메커니즘은 결코 시스템에 에너지를 더하지 않는다; 그것들은 에너지가 저장되는 것보다 더 빨리 방출된다는 의미에서 힘을 증폭시킨다.[5]

가능한 혜택

탄도 시스템은 실제 운동과 관련된 근육의 출력보다 훨씬 더 큰 출력을 낼 수 있다.이것의 대표적인 예는 도롱뇽의 혀 투영이다.[6]근육 작업을 신체/림프 작업에서 분리하는 것은 탄력적인 에너지 저장 메커니즘의 주요 이점이다.이 디커플링으로 인한 또 다른 이점은 탄도 이동의 열 의존성 감소다.[7]데반과 라핀은 탄성력 운동, 탄도 운동(입술과 혀 투영)과 근육 운동(입술 수축과 입 닫기)의 두 가지 운동을 수반하는 두꺼비(Bufo terrestris)의 먹이 포획 행동을 분석했다.두꺼비 이송은 온도 범위(11~35°C)에서 관찰되었으며, 키네마틱, 동적, 전기적 변수를 측정하고 분석하였다.11-35°C 온도 범위에서 탄도 이동은 Q 값이10 1(Q = 0.9910–1.25)에 매우 가까웠으며 이는 열 독립성을 나타내며 주요 가설을 뒷받침한다.근력운동은 온도계수(Q10 = 1.77–2.26)가 높아 열 의존성을 나타낸다.

열적으로 독립적인 탄도 움직임의 또 다른 예는 카멜레온에 혀를 투영하는 것이다.[8]베일에 가려진 카멜레온(Chamaeleo calyptratus)이 광범위한 온도(15°C–35°C)에서 이 고성능 혀 투영과 성공적인 먹이 포획을 수행할 수 있다는 사실이 밝혀졌다.앤더슨과 데반도 혀 투영의 열 의존성과 (탄력적으로 동력을 공급하지 않는) 수축 사이의 대조를 발견했다.이것은 탄성 반동 메커니즘이 탄도 혀 투영의 열 의존 감소의 원인이라는 가설을 더욱 뒷받침한다.

예

트랩조 개미

트랩조 개미(오돈토마코스 바우리)에서 탄도 운동은 그들의 극히 빠른 하악공격에서 볼 수 있다.트랩조개미 맨더블은 평균 닫힘 속도가 38.4m/s로 개미 무게의 371~504배에 달하는 힘을 낼 수 있다.개미들은 이 극도로 강력한 하악공격을 몇 가지 새로운 방법으로 사용한다.개미가 더 큰 동물을 공격할 때, 그것은 그 동물을 칠 것이고 동시에 그 공격으로부터 자신을 밀어내기 위해 그 힘을 사용할 것이다.다른 개미와 같은 비슷한 크기의 먹이를 마주할 때, 그 타격은 실제로 두 동물 모두 서로에게서 멀어지게 하는 결과를 낳는다.개미가 포식자로부터 도망치려고 할 때, 그것은 기질을 치고 공중으로 수직으로 밀어낼 것이다.[9]

귀뚜라미

귀뚜라미(아세타 국내산)에서 탄도 움직임은 그들이 뛰는 모습을 볼 수 있다.크리켓을 추진시키는 킥은 2-6ms의 기간 동안 발생하지만 킥 전 18-40ms 동안 필요한 잠재적 에너지는 길항 확장자와 굴곡 경골의 공동 수축에 의해 축적된다.귀뚜라미는 수영에도 이와 같은 탄도 움직임을 사용할 수 있다.[10]

콘 달팽이

콘 달팽이(코너스 카투스)에서 발포하는 탄도의 움직임은 먹이 속으로 작살 모양의 방사 이빨이 들어가는 것을 볼 수 있다.콘 달팽이의 주둥이가 먹이와 접촉한 후 240-295ms 후에 치아를 배출한다.치아의 추진은 치아의 뒤쪽에 있는 유체 공간을 가압함으로써 이루어진다고 여겨진다.[11]

도롱뇽, 두꺼비, 카멜레온

살라만데르, 두꺼비, 카멜레온의 탄도 운동은 탄력적인 반동 메커니즘에 의해 제어되는 혀 투영에서 볼 수 있다.근육섬유의 방향은 탄도 움직임을 가능하게 하는 것이기 때문에 중요하다.카멜레온에서, 탄도 혀의 움직임에 사용되는 근육 섬유가 나선형 방향인 것으로 밝혀졌는데, 투영 중 혀의 비틀림 움직임을 막기 위해 동일한 양의 섬유가 시계방향과 시계반대방향으로 방향을 잡았다.내부 섬유 각도는 약 45도인데, 이는 가속기 근육 전체에서 균등한 긴장을 일으키기 위한 이론적 최적이다.[12]

하이드로맨테스속 도롱뇽에서는 근육활성화 패턴이 지도화되었다.이러한 도롱뇽에서 탄도 혀의 움직임에 사용되는 주요 근육은 수두정직장근(SAR) 근육이다.이러한 SAR 근육은 전방(SARA)과 후방(SARP)으로 더욱 나눌 수 있다.가장 먼저 활성화되는 근육은 머리 뒤쪽에 위치한 SARA이다.SARA는 혀가 먹잇감과 접촉할 때까지 활동을 지속한다.다음으로 도롱뇽의 내측과 측면의 더 뒤쪽에 위치한 후측 SARP가 활성화된다.그러면 중간 SARP가 활성화되고 전방 SARP가 마지막으로 활성화된다.활성화 간격이 짧아지고 활성화 지속시간이 길어질수록 먹이 거리가 증가한다.탄도 혀는 이전에 헤미닥틸리니와 볼리토그로시니에서 두 번 진화했다.정확한 혀 투영의 메커니즘은 세사 전체에서 약간 다르지만, 결과 투영은 비교적 일정하게 유지되어 왔다.[13]

개구리는 혀 투영을 위한 특별한 근육 구조를 가지고 있지 않다.그들은 혀를 앞으로 돌출시키기 위해 매우 빠른 턱 움직임을 사용함으로써 이 문제를 우회할 수 있다.모든 개구리에는 턱을 조절하는 데 사용되는 두 개의 하악근과, 따라서 혀의 돌출부가 있다.m. genioglosus는 혀를 길게 하기 위해 사용되고 m.hyoglosus는 혀 수축장치다.이 두 근육은 모두 세로 방향의 섬유를 가지고 있는데, 이는 카멜레온의 나선 방향 섬유와는 대조적이다.[14]

인간에서의 적용

인간에게 있어서, 탄도 운동은 사지의 자발적인 추진과 관련된다.[15]이는 본질적으로 원자적인 리치나 타격반응과 같은 일상에서 볼 수 있다.제스처를 가리키고 물체를 배치하는 것은 도달 반응이다; 그것들은 낮은 가속과 감속을 가지고 있다.반면 펀칭과 투구는 스트라이크 반응으로 가속과 감속이 높은 것이 특징이다.이러한 움직임은 대상 위치가 매우 가변적이며, 키네시학에서는 "발레론적"이라고 불린다.탄도 움직임 동안 사지(손/발)를 목표물 쪽으로 가속시키기 위해 초기 임펄스가 필요한데, 그 다음에는 감속 임펄스가 움직임을 멈추기 위한 브레이크 역할을 한다.이러한 움직임은 종 모양의 속도 프로필이 특징이다.포즈 트래킹 없이 인식 수행을 위해 개발된 베이시안 모델(베이시안 네트워크 참조)은 인간의 탄도 움직임을 물체와 환경 사이의 움직임의 연속이라고 설명한다.각각의 움직임은 다양한 맥락에서 전례와 이후의 움직임으로부터 독립적이다.인간의 빠른 단일 관절 운동은 일련의 작용제, 길항제, 그리고 그 다음에 작용하는 근육의 활성화에 의해 제어된다; 이 과정을 삼강제 활성화라고 부른다.이러한 움직임은 "상당한 지속시간과 진폭이 다른 작용제 및 길항제 근육에서 폭발하는 패턴으로 실행된다."(Acornero 등 1984년).[16]두 개의 관절을 포함하는 모든 탄도 운동은 작용제와 길항제 폭발을 필요로 할 것이다; 이것은 다른 종류의 탄도 움직임의 구성 요소로 볼 수 있다.

참조

  1. ^ Lee, J.B, 마츠모토, T, Othman, T, 야마우치, M, 타이무라, A, 가네다, E, 오와타리, N., 코사카, M.(1999) 훈련된 검도와 가라테 운동선수에서 탄도 손가락 확장 운동 시 확장기와 시너지제로서 굴곡근의 공동 활성화.국제 스포츠 저널 20(1) : 7-11.
  2. ^ Zehr, E.P. and Sale, D.G. (1994년)탄도 이동:근육 활성화와 신경근육 적응.캐나다 응용 생리학 저널. 19(4): 363-378.
  3. ^ Zehr, E.P. and Sale, D.G. (1994년)탄도 이동:근육 활성화와 신경근육 적응.캐나다 응용 생리학 저널. 19(4): 363-378.
  4. ^ 라핀, A. K, 몬로이, J. A., 필라르스키, J. Q. 제프뉴스키, E. D. 피에로티, D. J., 니시카와, K. C. (2006).탄성 잠재 에너지 파워의 저장 및 회수 두꺼비에서 탄도 먹이 포획.실험 생물학 저널.209: 2535-2553.
  5. ^ 로버츠, T. J.와 아지지, E. (2011) 유연한 메커니즘: 척추동물 운동에서 생물학적 샘의 다양한 역할.실험생물학 저널 214: 353-361
  6. ^ 데반, S. M., 오레일리, J. C., 딕크, U., 판 리우웬(2007).플뢰돈티드 도롱뇽의 매우 강력한 혀 투영법.실험 생물학 저널.210: 655-667.
  7. ^ S.M.의 데반과 A.K.의 라핀(2011년).두꺼비 내 탄도 먹이 포획의 동적 및 모터 제어에 미치는 열 영향: 저온에서 고성능 유지실험생물학 저널 214: 1333-134
  8. ^ 앤더슨, C. V.와 데반, S. M. (2010)카멜레온의 탄도 혀 투영법은 낮은 온도에서 높은 성능을 유지한다.미국 국립과학원의 의사진행. 107:5495-549.
  9. ^ 파텍, N, 바이오, J. E, 피셔, B. L, & 수아레스, A. V. (2006)다기능성과 기계적 기원: 트랩조개미에서 탄도턱 추진.PNAS, 103: 12787-12792.
  10. ^ Hustert, R, & Baldus, M. (2010)크리켓 동작의 가변 구성요소로 구현되는 점프 다리의 탄도 움직임.실험생물학 저널, 213: 4055-4064
  11. ^ 슐츠, J. R., 노튼, A. G. & W. F. (2004)물고기를 잡는 원뿔 달팽이의 발사체 이빨: 코너스 카투스는 고속 탄도 메커니즘을 이용하여 물고기 먹이에게 독을 주입한다.비올, 불, 207:77-79.
  12. ^ 반 리우웬, 요한 L. (1997) 카멜레온의 혀에는 왜 나선 모양의 근육 섬유가 있는가.철학적 거래: 생물과학 352:1353 페이지 573-589.
  13. ^ 데반, S.M., Dicke U.(2004).황동 살라만데르 하이드로만테스 황동 먹이를 주는 동안 혀 투영사 근육의 활성화 패턴실험생물학 저널 207 pp 2071-2081.
  14. ^ Van Leeuwen J.L, De Groot J.H, Kier W.M(2000년)혀의 돌기성 촉수의 진화역학네덜란드 동물학 50(2): 113-139.
  15. ^ S.N.P.의 비탈라데부니와 L.S.의 데이비스(2007):인간 움직임 분석: 탄도 역학 및 포즈 추정을 위한 에지 연속성.메릴랜드 대학교:컴퓨터 과학 논문: http://hdl.handle.net/1903/2756
  16. ^ 아코르네로, N, 베라델리, A, 아르젠타, M, 만프레디 M. (1984년).두 개의 관절 탄도 팔 움직임.신경과학 서신.46: 91-95.