Ny forskning: Stuart Burgess demonstrerer det utsøkte ingeniørdesignet av menneskelige lemmer
Av Brian Miller. 10. oktober 2024. Oversatt herfra

I de tre siste artiklene mine (her, her, her), beskrev jeg forskningen publisert av ingeniør og biomimetikkekspert Stuart Burgess om den utsøkte utformingen av virveldyrlemmer. Hans analyse viser hvorfor likhetene mellom virveldyrlemmer bedre forklares med design enn av felles aner. I tidsskriftet Biomimetics publiserte Burgess nylig en annen artikkel, "Hvordan multifunksjons ledd produserer svært smidige lemmer i dyr med leksjoner for robotikk," som er omtalt på omslaget. Det demonstrerer videre at menneskelige lemmer ble designet.

Bilde 1. Statue av diskoskaster

Multifunksjonelle lemmer
Artikkelen forklarer hvordan de multifunksjonelle kapasitetene til det menneskelige håndleddet, kneet og foten er optimalisert for de forskjellige bevegelsene som mennesker utfører. Den velter påstander om at menneskelige lemmer viser dårlig design (her, her), og det gir positive bevis for design ved å demonstrere hvordan lemmene våre representerer best mulig konstruksjon for å imøtekomme våre behov.
Burgess beskriver hvordan lemmens evne til å utføre flere funksjoner fører til deres optimale ytelse for forskjellige oppgaver:

"Multifunksjonalitet er en veldig fordelaktig designfunksjon, fordi den reduserer antall delsystemer og komponenter og produserer ey kompakt design. Multifunksjon i ledd fører til en høy grad av kompakthet. som deretter fører til en rekke fordeler som lav masse, lavt treghetsmoment og lav spenning. Det fører også til reduserte energikrav og evnen til å oppfylle stramme dimensjonale begrensninger. Multifunksjonsledd har også den ekstra fordelen at de ofte gjør det mulig for dyret eller roboten å utføre flere funksjonelle oppgaver på høyt nivå."

Nødvendig finjustering
Burgess beskriver hvordan multifunksjonsfulle lemmer må oppfylle krevende ingeniørbegrensninger i slike funksjoner som integrasjon, konfigurasjon under bevegelse og miniatyrisering:
Delene av kneleddet er sterkt integrert, spesielt menisken i måten den omgir kondylene. Ledd -låsing og -åpning representerer rekonfigurasjon. For å låse opp leddet, er tibia laget for å rotere internt ved fleksjonsmuskler, spesielt popliteusmuskelen bak kneet, som vist i tabell 2. Som i håndleddet er det miniatyrisering i sensorene, nervene, blodkarene og smøresystemet som hjelper til med å oppnå kompakthet. Oppsettet av kneleddet representerer en unik løsning der oppsettet utfører flere funksjoner med flere aspekter, ved finjustering og integrasjon.

Å møte de mange begrensningene krever høye nivåer av finjustering:
"Kravene til multifunksjon er så krevende at finjustering av design også generelt kreves, slik som f.eks. ved det vanlige rotasjonssenteret i håndleddet (seksjon 2), geometrien til korsbåndet på 4-stang i kneet (seksjon 3) og den nøyaktige justeringen av den mediale buen med talusbenet i foten (seksjon 4). Derfor kan det forventes at finjustering er nødvendig for robot-multifunksjonsfuger. Dette var faktisk tilfelle for de tre bioinspirerte designene som ble presentert i denne artikkelen for håndledd, kne og fot."

Bilde 2. Kneleddet -multfinnksjonelt

Utfordring for evolusjonsteori
Burgess beskriver hvorfor multifunksjonsfulle lemmer er vanskelige å forklare ved evolusjon siden de krever ikke-reduserbart komplekse sett med komponenter:
"Kompleksitet i biologiske systemer er noen ganger merket som en fremvoksende egenskap. Imidlertid er det veldig vanskelig å forklare hvordan et multifunksjons-system kan dukke opp fra et opprinnelig enkelt fungerende system, fordi det første enkeltfunksjonssystemet må være en av de svært få løsningene som kan føre til et senere multifunksjonssystem. Når han diskuterer opprinnelsen til mekaniske koblingsmekanismer i dyreledd , har Muller uttalt at det er veldig vanskelig å se hvor komplekse mekaniske koblingssystemer kan utvikles i en trinn-for-trinn-prosess. Derfor presenterer multifunksjon i biologiske systemer, som lemledd, en stor utfordring med ikke-reduserbar kompleksitet for evolusjonsbiologer."

Burgess forskning representerer enda en spiker i kisten til standard evolusjonsmodellen. Den demonstrerer også videre hvordan et designrammeverk er nødvendig for å forstå høyere nivås organisasjon for dyr.

Brian Miller, -Bilde 3

Forskningskoordinator, Center for Science and Culture

Dr. Brian Miller er forskningskoordinator for Center for Science and Culture ved Discovery Institute. Han har en B.S. i fysikk med en lavere grad i prosjektering fra MIT og en doktorgrad. i fysikk fra Duke University. Han taler internasjonalt om temaene Intelligent Design og effekten av livssyn på samfunnet. Han har også konsultert om organisasjonsutvikling og strategisk planlegging, og han er en teknisk konsulent for Ideashares, en virtuell inkubator dedikert til å bringe innovasjon til markedet.