工学：仕事の乗算によって生物学的限界を克服する人工跳躍体

科学者たちは何世紀にもわたって、生物が跳躍する高さの限界を探り、技術者たちは何十年にもわたって、しばしば跳躍する生物を模倣したりそれらに着想を得たりして、跳躍する機械を設計してきた。しかしこうした努力にもかかわらず、跳躍する生物と人工跳躍体のエネルギー論をさまざまなスケールにわたって比較する一般的な分析は行われていない。今回我々は、跳躍する生物と人工跳躍体の跳躍のエネルギー論にどのような重要な違いがあるかについて示す。跳躍する生物が跳ぶ高さは、そのリニアモーター（筋肉）が1回の行程で生成できる仕事によって制限される。対照的に、人工跳躍体が跳ぶ高さは、ラチェット付きモーターや回転モーターが、行程や回転の反復時に「仕事を乗算」できるため、はるかに高くなり得る。エネルギー生成のこうした違いの結果として、跳躍する生物と人工跳躍体では跳ぶ高さを最大化するための設計が異なっているはずである。我々はこうした知見に従って、30 mを超える高さの跳躍が可能なデバイスを作製した。我々の知る限り、この高さはこれまでの人工跳躍体で到達できたものよりはるかに高く、跳躍力が最も優れた生物のものより1桁以上高い。今回の成果は、跳躍に関する理解を前進させ、新たなレベルの性能を示すとともに、人工系と生物系の違いを考慮することの重要性を浮き彫りにしている。

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