Musküler hidrostat - Muscular hydrostat

dil kaslı bir hidrostattır.

Bir kaslı hidrostat bulunan biyolojik bir yapıdır hayvanlar. Öğeleri (yiyecek dahil) manipüle etmek veya ev sahibini hareket ettirmek için kullanılır ve esas olarak aşağıdakilerden oluşur: kaslar hayır ile iskelet destek. Onun gerçekleştirir hidrolik olmadan hareket sıvı ayrı bir bölmede olduğu gibi hidrostatik iskelet.

Hidrostatik bir iskelet gibi kaslı bir hidrostat, şu gerçeğe dayanır: Su etkili sıkıştırılamaz -de fizyolojik baskılar. Kasın sıvı dolu bir boşluğu çevrelediği hidrostatik iskeletin aksine, kaslı bir hidrostat esas olarak kas dokusundan oluşur. Kas dokusunun kendisi esas olarak sudan yapıldığından ve aynı zamanda etkili bir şekilde sıkıştırılamaz olduğundan, benzer ilkeler geçerlidir.

Kas anatomisi

Bir gövdesinin yakından görünümü Asya fili

Kaslar, kaslı bir hidrostatı hareket ettirmek için güç sağlar. Kaslar sadece kasılarak ve kısalarak kuvvet üretebildikleri için, bir grup gevşeyerek ve uzayarak diğer grup büzülerek kuvvet sağlarken, farklı kas grupları birbirine karşı çalışmak zorundadır. Bu tür tamamlayıcı kas grupları olarak adlandırılır antagonist kaslar.

Kaslı bir hidrostattaki kas lifleri üç yönde yönlendirilir: uzun eksene paralel, uzun eksene dik ve uzun eksen etrafına eğik olarak sarılır.[1][2]

Uzun eksene paralel kaslar uzunlamasına demetler halinde düzenlenmiştir. Bunlar ne kadar çevresel olarak konumlandırılırsa, o kadar ayrıntılı bükme hareketleri mümkündür. Daha çevresel bir dağılım bulunur memeli diller ahtapot silâh, Nautilus dokunaçlar ve fil hortumlar. Çıkıntı için uyarlanmış diller tipik olarak merkezi olarak yerleştirilmiş uzunlamasına liflere sahiptir. Bunlar şurada bulunur yılan diller, birçok kertenkele diller ve memeli karıncayiyenler.

Uzun eksene dik olan kaslar, enine, dairesel veya radyal bir modelde düzenlenebilir. Enine bir düzenleme, uzun eksene dik uzanan, genellikle yatay ve dikey yönler arasında değişen kas lifi tabakalarını içerir. Bu düzenleme kalamarın, ahtapotların ve çoğu memeli dilinin kollarında ve dokunaçlarında bulunur. Radyal bir düzenleme, organın merkezinden her yöne yayılan lifleri içerir. Bu, suyun dokunaçlarında bulunur. odacıklı nautilus ve filin içinde hortum (gövde). Dairesel bir düzenleme, uzun eksen etrafında büzüşen lif halkalarına sahiptir. Bu, kalamar dokunaçlarıyla birlikte birçok memeli ve kertenkele dilinde bulunur.

Uzun eksen etrafındaki sarmal veya eğik lifler genellikle zıt iki katman halinde bulunur. kiralite ve kas sisteminin merkezi çekirdeğinin etrafına sarın.

Operasyon mekanizması

Kaslı bir hidrostatta, kasın kendisi hem hareket yaratır hem de bu hareket için iskelet desteği sağlar. Bu desteği sağlayabilir çünkü öncelikle sıkıştırılamaz bir "sıvı" dan oluşur ve bu nedenle hacim olarak sabittir. Kaslı bir hidrostatın en önemli biyomekanik özelliği sabit hacmidir. Kas, esasen sıkıştırılamayan sulu bir sıvıdan oluşur. fizyolojik basınçlar Bir müsküler hidrostatta veya sabit hacimli başka herhangi bir yapıda, bir boyuttaki bir azalma, en az bir başka boyutta telafi edici bir artışa neden olacaktır.[3] Kaslı hidrostatlarda uzama, bükülme ve burulma mekanizmalarının tümü, sert iskelet ataşmanlarının yokluğunda şekil değişikliklerini etkilemek için hacmin sabitliğine bağlıdır.[4]Kaslı hidrostatlar, çap arttığında veya azaldığında sabit hacim altında olduğundan, uzunluk da sırasıyla azalmalı veya artmalıdır. Bir silindire bakıldığında hacim şöyledir: V = πr²l. Yarıçap uzunluğa göre farklılaştığında: dr / dl = -r / (2l). Bundan çap% 25 azalırsa uzunluk artacaktır. yaklaşık% 80 oranında bu, hayvanın ne yapmaya çalıştığına bağlı olarak büyük miktarda güç üretebilir. [5]


Uzama ve kısalma

Kalamarın kolları ve dokunaçları Abralia veranyi

Hidrostatlarda uzama, enine veya sarmal kas düzenlemelerinin kasılmasından kaynaklanır. Sabit hidrostat hacmi göz önüne alındığında, bu kasılmalar uzunlamasına kasların uzamasına neden olur. Uzunluktaki değişim, çaptaki azalmanın karesiyle orantılıdır.[3] Bu nedenle uzun eksene dik olan kasların kasılmaları çapta küçülmeye neden olacak ve sabit hacim tutarken organı boyuna göre uzatacaktır. Kısalma ise uzun eksene paralel olarak kasların kasılması sonucu organın çapının artması ve boyunun kısalması ile olabilir.

Uzama ve kısaltmada kullanılan kaslar, sabit hacim prensibi ve birbirleriyle olan düşmanlık ilişkileri sayesinde destek sağlar. Bu mekanizmalar genellikle av yakalamada görülür. Kürek burunlu kurbağalar ve bukalemunlar yanı sıra insan dili ve diğer birçok örnek. Bazı kurbağalarda dil, dinlenme uzunluğunun% 180'ine kadar uzar.[6] Ağız dışı diller, ağız içi dillere göre daha yüksek uzunluk / genişlik oranları gösterir ve uzunlukta daha büyük bir artışa izin verir (dinlenme uzunluğunun% 100'ünden fazlası, ağız içi dillere kıyasla dinlenme uzunluğunun yalnızca yaklaşık% 50'sinde). Daha büyük uzama uzunlukları, organın ürettiği kuvvetle değiş tokuş edilir; uzunluk / genişlik oranı arttıkça kuvvet azalırken uzama artar.[1] Kalamarların av yakalamada ve beslenmede kas hidrostat uzamasını kullandığı gösterilmiştir.[7]

Bükme

Kaslı bir hidrostatın bükülmesi iki şekilde meydana gelebilir ve her ikisi de antagonistik kaslar.[1] Uzunlamasına bir kasın tek taraflı kasılması, çok az bükülme üretecek veya hiç bükmeyecektir ve karşılanması gereken sabit hacim prensibi nedeniyle kassal hidrostatın çapını artırmaya hizmet edecektir. Hidrostat yapısını bükmek için, uzunlamasına kasın tek taraflı kasılmasına sabit bir çapı korumak için enine, radyal veya dairesel kasların kasılma aktivitesi eşlik etmelidir. Kaslı bir hidrostatın bükülmesi, çapı azaltan enine, radyal veya dairesel kasların kasılmasıyla da meydana gelebilir. Bükülme, yapının bir tarafında sabit bir uzunluğu koruyan uzunlamasına kas aktivitesi ile üretilir.

Kaslı bir hidrostatın bükülmesi özellikle hayvanlarda önemlidir. diller. Bu hareket, bir yılan Çevresini hissetmek için diliyle havayı döndürür ve aynı zamanda karmaşıklıklardan da sorumludur. insan konuşması.[2]

Sertleşme

Kaslı bir hidrostatın sertleştirilmesi, boyutsal değişikliklere direnç gösteren hidrostatın kas veya bağ dokusu ile gerçekleştirilir.[3]

Burulma

Burulma, kaslı bir hidrostatın uzun ekseni boyunca bükülmesidir ve kas sisteminin sarmal veya eğik bir düzenlemesiyle üretilir.[3] yönleri değişen. Saat yönünün tersine bir burulma için sağ taraftaki bir sarmalın daralması gerekir. Sol taraftaki bir sarmalın büzülmesi saat yönünde bükülmeye neden olur. Hem sağ hem de sol helezonların aynı anda büzülmesi, burulma kuvvetlerine karşı dirençte bir artışa neden olur. Kaslı hidrostatlardaki eğik veya sarmal kas dizileri, yapının çevresinde yer alır ve kas sisteminin iç çekirdeğini sarar ve bu çevresel konum, torkun daha merkezi bir konuma göre uygulandığı daha büyük bir moment sağlar. Bir kas hidrostatının uzunluğundaki değişikliklere de katkıda bulunabilen sarmal olarak düzenlenmiş kas liflerinin etkisi, lif açısına - sarmal kas liflerinin yapının uzun ekseni ile yaptığı açıya bağlıdır.

Helisel lifin uzunluğu, lif açısı 54 ° 44 ° 'ye eşit olduğunda minimumdur ve lif açısı 0 ° ve 90 °' ye yaklaştığında maksimum uzunluktadır.[3] Özetle, bu, lif açısı 54 ° 44'den büyük olan sarmal olarak düzenlenmiş kas liflerinin hem burulma hem de uzama için kuvvet oluşturacağı, lif açısı 54 ° 44′'den küçük olan sarmal olarak düzenlenmiş kas liflerinin hem burulma hem de bükülme için kuvvet oluşturacağı anlamına gelir. kısaltmak.[8] Eğik veya sarmal kas katmanlarının lif açısı kısalma sırasında artmalı, uzatma sırasında azalmalıdır. Burulma kuvveti yaratmaya ek olarak, eğik kas tabakaları bu nedenle boylamasına kompresyona direnmede enine kas sistemine yardımcı olabilecek bir uzama kuvveti yaratacaktır.

Örnekler

Batı Hint deniz ayısı

Teknolojik uygulamalar

Bir grup mühendis ve biyolog, farklı boyut, kütle, yüzey dokusu ve mekanik özelliklere sahip çeşitli nesneleri işleyebilen ve kullanabilen robotik kollar geliştirmek için işbirliği yaptı. Bu robotik kolların, kaslı hidrostatlara dayanmayan önceki robotik kollara göre birçok avantajı vardır.[13]

Referanslar

  1. ^ a b c d e f Kier, W. M .; Smith, K. K. (1985). "Dil, dokunaçlar ve gövdeler: Musküler hidrostatlarda hareketin biyomekaniği". Linnean Society'nin Zooloji Dergisi. 83 (4): 307–324. doi:10.1111 / j.1096-3642.1985.tb01178.x.
  2. ^ a b Smith, Kathleen K .; William M. Kier (Ocak-Şubat 1989). "Gövdeler, diller ve dokunaçlar: Kas iskeletleriyle hareket etme". Amerikalı bilim adamı. 77 (1): 28–35.
  3. ^ a b c d e Kier, W.M. (1985). "Kalamar kollarının ve dokunaçlarının kas yapısı: İşlevsel farklılıklar için ultra yapısal kanıt". Morfoloji Dergisi. 185 (2): 223–239. doi:10.1002 / jmor.1051850208.
  4. ^ Wainwright, P. C .; Bennett, A.F. (1992). "Bukalemunlarda dil projeksiyonunun mekanizması: II. Kaslı bir hidrostatta şekil değişikliğinin rolü ". Deneysel Biyoloji Dergisi 168: 23–40.
  5. ^ Alexander, R. McN. (2003). Hayvan Hareketinin Prensipleri. Princeton, NJ: PrincetonUniversity Press.
  6. ^ Nishikawa, K. C .; Kier, W. M .; Smith, K. K. (1999). "Afrika domuz burunlu kurbağada dil hareketinin morfolojisi ve mekaniği Hemisus marmoratum: kaslı bir hidrostatik model http://jeb.biologists.org/content/202/7/771.short ". Deneysel Biyoloji Dergisi 202: 771–780.
  7. ^ a b Kier, W.M. (1982). "Kalamar (Loliginidae) kollarının ve dokunaçlarının kaslarının işlevsel morfolojisi". Morfoloji Dergisi. 172 (2): 179–192. doi:10.1002 / jmor.1051720205.
  8. ^ Meyers, J. J .; O'Reilly, J. C .; Monroy, J. A .; Nishikawa, K. C. (2004). "Mikrohylid kurbağalarda dil çıkıntısı mekanizması. Deneysel Biyoloji Dergisi 207: 21–31.
  9. ^ Price, Rebecca (Aralık 2003). "Neogastropodların kolumellar kası: Kas bağlanması ve kolumellar kıvrımların işlevi". Biyolojik Bülten. 205 (3): 351–366. doi:10.2307/1543298. JSTOR  1543298.
  10. ^ Matzner, H .; Gutfreund, Y .; Hochner, B. (2000). "Ahtapotun esnek kolunun nöromüsküler sistemi: Fizyolojik karakterizasyon". Nörofizyoloji Dergisi. 83 (3): 1315–1328. doi:10.1152 / jn.2000.83.3.1315. PMID  10712459.
  11. ^ Yekutieli, Y .; Sumbre, G .; Flash, T .; Hochner, B. (2002). "Sert bir iskelet olmadan nasıl hareket edilir? Cevapları ahtapotta var". Biyolog (Londra, İngiltere). 49 (6): 250–254. PMID  12486300.
  12. ^ Marshall, C. D .; Clark, L. A .; Reep, R.L. (1998). "Florida deniz ayısının kaslı hidrostatı (Trichechus manatus latirostris): Perioral kıl kullanımının işlevsel bir morfolojik modeli ". Deniz Memeli Bilimi. 14 (2): 290–303. doi:10.1111 / j.1748-7692.1998.tb00717.x.
  13. ^ Walker, I.D .; Dawson, D.M .; Flash, T .; Grasso, F.W .; Hanlon, R.T .; Hochner, B .; Kier, W.M .; Pagano, C.C .; Rahn, C.D .; Zhang, Q.M. (2005). "Kafadanbacaklılardan ilham alan sürekli robot kolları ". SPIE Tutanakları 5804: 303–314.