Добавить новость
smi24.net
News in English
Ноябрь
2024

Not too big, not too small: why modern humans are the ideal size for speed

0

The fastest animal on land is the cheetah, capable of reaching top speeds of 104 kilometres per hour. In the water, the fastest animals are yellowfin tuna and wahoo, which can reach speeds of 75 and 77 km per hour respectively. In the air, the title of the fastest level flight (excluding diving) goes to the white-throated needletail swift, at more than 112 km per hour.

What do all of these speedy creatures have in common? None of them are particularly big, nor particularly small for the group of animals they represent. In fact, they are all intermediately sized.

The reason for this is a bit of a mystery. As animals increase in mass, several biological features change as well. For example, in general leg length steadily increases. But clearly long legs are not the answer, since the largest land animals, like elephants, are not the fastest.

But my colleagues and I have taken a key step towards solving this mystery. By using a scaleable, virtual model of the human body, we were able to explore the movement of the limbs and muscles, find out what limits speed, and gain important insights into the evolution of the human form over thousands of years.

From a mouse-sized human to a giant

Since the early 2000s scientists have been building OpenSim – a freely available, virtual model of the human body, complete with all its bones, muscles and tendons.

This model has been used in various scientific studies to understand human movement, explore exercise science and to help model the effects of surgery on soft tissues.

In 2019 a group of Belgium researchers took this one step further, and built a physics-based simulation using OpenSim. Rather than telling the model how to move, they asked it to move forward at a certain speed. The model then figured out which combinations of muscles to activate so it could walk, or run, at the prescribed speed.

But what if we took this even further and scaled the model down to the size of a mouse? Or what if we scaled the model up to the size of an elephant? Then we could see which models could run – and how fast.

Predictive muscle-driven simulations of 5kg, 50kg, and 500kg musculoskeletal models moving at 2.25 metres per second.

This is exactly what my team did. We took the standard human model (75kg), and made smaller and smaller models down to 100 grams. We also made the models bigger, up to 2,000kg, and challenged them to run as fast as they could.

Getting the mass just right

Several fascinating things happened when we did this.

First, the 2,000kg model couldn’t move. Nor could the 1,000kg model. In fact, the largest model that could move was 900kg, suggesting an upper limit to the human form. Beyond this size we need to change shape in order to move.

We also found that the fastest model was not the biggest nor smallest. Instead, it was around 47kg, a similar weight to an average cheetah. Crucially, we could look under the hood and see why this was so.

The curve that explains the shape of the maximum running speed with mass is the same shape as the curve, which explains the max ground force with mass. This makes sense: to move faster, you need to push off the ground harder.

So why couldn’t larger models push harder off the ground? It appeared the larger models were limited by their muscles.

A muscle’s ability to produce force depends on the cross sectional area of that muscle. And as animals increase in size, the mass of their muscles gets bigger faster than their cross-sectional area.

This means the muscles of larger animals are relatively weaker. The muscles begin to “max out” above the max speed – and so the model has to slow down.

At the other end of the spectrum, the miniature models have relatively stronger muscles, but have a problem with gravity. They are just too light. They try to push on the ground to produce a large force, but this just causes their body to leave the ground earlier.

To try to produce more force on the ground, they crouch their limbs, just like mice or cats do. This allows them to stay on the ground longer and so produce more force, just like you might when doing a standing jump. But this takes time. And the longer you take to produce force, the slower your stride will be and you still won’t run faster.

So a trade off between ground force and stride frequency begins, and doesn’t end until you reach the intermediate size, where your mass is just right.

The pattern of speed and size for running animals (in blue), showing intermediately size species (like the cheetah) are typically the fastest. Computer-generated models of humans (right), which are then scaled in size from a mouse to a horse (orange dots), show the same pattern, revealing the underlying biomechanical reasons. Christofer Clemente et al.

As fast as we will get

What might all of this say about human evolution?

We know throughout history that the size of modern humans and extinct human species – a collective group known as “hominins” – has varied significantly, from the roughly 30kg Australopithecus afarensis that existed roughly 3.5  million years ago, to the roughly 80kg Homo erectus  from nearly 2 million years ago.

So generally body mass has tended to increase – and presumably so too has our running speed. Homo naledi, which existed around 300,000 years ago and weighed around 37kg, and Homo floresiensis, which existed around 50,000 years ago and weighed around 27kg, must have had to sacrifice some speed for their small size.

The average body mass of modern adult humans is around 62kg – a little heavier than the 47kg peak weight that our modelling found, but still close to that ideal size.

Interestingly, many of our fastest long distance runners such as Eliud Kipchoge weigh around 50kg.

So based on our new research, we now know humans today are about as fast as we will get – without large changes to our muscular form.

Christofer Clemente, Assistant Professor in Evolutionary Biomechanics, University of the Sunshine Coast

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.








Коллекция Chanel couture осень-зима 2025

Приключения в Дагестане: Comedy Radio рекомендует «Атель-Матель»

Сеть клиник «Будь Здоров» открыла первый травмпункт сети на базе клиники на Сретенке

Türkiye Today: Семья Алиевых приобрела в Турции акции роскошного отеля за 500 млн. евро. Фоторяд


Buy? Sell? The SF Giants’ case for both scenarios

Kolo Muani: Juventus prepare new offer but face Man United and Chelsea threat

Weah’s agent: One Juventus director ‘is creating problems’

Today in History: July 28, US Army airplane crashes into Empire State Building


ТСМ готовит территорию под реконструкцию ростовского участка трассы М-4

Календарь мошенника: как фишеры используют праздники для кражи данных

Туманное утро в Турчасово...

Орловские спасатели обезвредили артиллерийский снаряд


Fretless — The Wrath of Riffson — музыка спасёт мир. Рецензия

Bloody fighting game Invincible VS gets its most brutal character yet in Comic-Con trailer

Today's Wordle answer for Monday, July 28

Quarantine Zone creator reveals 3 reasons the zombie sim went viral on TikTok



Ускоряя эволюцию автомобильного интеллекта: Группа Geely и StepFun представляют совместную экспозицию на Всемирной конференции по искусственному интеллекту 2025 года

Благотворительная акция ко Всемирному Дню офтальмологии от детских глазных клиник «Ясный Взор»

Только смелым покоряются моря

Слушатели ENERGY отправятся на «Пикник Афиши» в Петербурге


Слушатели ENERGY отправятся на «Пикник Афиши» в Петербурге

От «Лебединого озера» до «Дон Кихота»: Relax FM приглашает на балет

Лео Канделаки и Анжелика Стубайло сыграют в новую трэвел-игру «Кто куда» на ТНТ

Жедсон Фернандеш близок к переходу в «Спартак»


Коль карать, так всей душой

В Москве самым продаваемым автомобилем стал кроссовер Geely Monjaro

«Продимекс» принял участие во Всероссийском форуме студентов

Время купаться: какой будет погода в Москве в последние дни июля и первые дни августа


Рублев: Немного лучше стали результаты

Калинская достигла финала турнира в Вашингтоне

Калина потерпела третье поражение в финале турнира WTA за свою карьеру.

«Краснодар» — «Локо», UFC и матч Калинской: что посмотреть сегодня


«Коммерсантъ» узнал подробности расследования дела «похищенного» в Москве блогера

Жедсон Фернандеш близок к переходу в «Спартак»

"КИБЕР ПУШКИН": МНОГО НАТО НЕ НАДО ХОРОШИМ ДРУЗЬЯМ, И ВООБЩЕ: НАТО ВСЕМ ОЧЕНЬ, ОЧЕНЬ НЕ НАДО! СЕНСАЦИЯ! Новости. Россия, США, Европа могут улучшить отношения и здоровье общества!

В Ростовской области освоили разведение австралийских раков.


Музыкальные новости

Дорога любви: Жасмин представляет романтичный клип на песню «Ты и я»

"Это разбило мне сердце": Рита Дакота объявила о завершении концертной деятельности в России

Концерт Егора Крида перенесли из-за низких продаж билетов

Келли Осборн вспомнила один из трогательных моментов с Оззи Осборном


Ускоряя эволюцию автомобильного интеллекта: Группа Geely и StepFun представляют совместную экспозицию на Всемирной конференции по искусственному интеллекту 2025 года

Слушатели ENERGY отправятся на «Пикник Афиши» в Петербурге

Только смелым покоряются моря

Благотворительная акция ко Всемирному Дню офтальмологии от детских глазных клиник «Ясный Взор»


Собянин отметил качество обслуживания в центрах госуслуг Москвы

Сотрудница подразделения столичного главка Росгвардии завоевала «золото» на чемпионате войск по легкоатлетическому кроссу

"Спартак" сделал предложение экс-игроку "Зенита" Артуру, но тот отказался

«Россети Центр» повышают надежность работы трансформаторных подстанций в Смоленской области


Сотрудники ОМОН Росгвардии помогли пострадавшему в ДТП на МКАД

Ускоряя эволюцию автомобильного интеллекта: Группа Geely и StepFun представляют совместную экспозицию на Всемирной конференции по искусственному интеллекту 2025 года

ДТП с участием трех автомобилей произошло на внутренней стороне 104 километра МКАД

Сотрудники ОМОН Росгвардии помогли пострадавшему в ДТП на МКАД


Путин поделился достижениями России в области технологий искусственного интеллекта.

Путин: рост Сбербанка обеспечивает стабильность банковской системы.

"Ъ": Москва облегчила жизнь молдаванам в России

Греф представил Путину отчет о деятельности Сбербанка.


Новый штамм COVID-19 переносится как легкая форма ОРВИ


Депутата ЗакСа Ленобласти Ивана Апостолевского задержали за пост с Навальным*


Врач-косметолог Мадина Осман: что такое липофилинг и кому он может быть показан

Обрушение в санатории "Москва" в Кисловодске: пострадали двое отдыхающих

МЧС: пострадавшие в санатории Кисловодска находятся в состоянии средней тяжести

Мэр Кисловодска Моисеев: под завалами грунта в санатории может быть человек



Легкоатлеты из Мордовии показали лучшие результаты мирового сезона на международных соревнованиях в Москве

«Краснодар» и московское «Динамо» проведут сегодня первые матчи в Кубке России

Сотрудница подразделения столичного главка Росгвардии завоевала «золото» на чемпионате войск по легкоатлетическому кроссу

Александрова уступила и не прошла в третий круг турнира в Монреале.


Лукашенко взял на контроль ситуацию с уничтожением БПЛА над Минском

В Минске готовы активизировать сотрудничество с Эфиопией


Собянин: Станция «Достоевская» на Кольцевой линии метро готова на четверть

Собянин: Участие москвичей в жизни города — ключ ко всем позитивным изменениям

Станция "Достоевская" Кольцевой линии метро готова на четверть - Собянин

Собянин рассказал, как строят станцию «Достоевская» Кольцевой линии метро


Мэр Северо-Курильска поделился информацией о палаточном городке на Шумшу.

Возле Геленджика произошел лесной пожар

В Ростокине расскажут о млекопитающих Москвы

Кнайсль положительно оценила природоохранные меры в России.


«Коммерсантъ» узнал подробности расследования дела «похищенного» в Москве блогера

НХМ Якутии впервые покажет шедевры из собрания Музея Толстого

В Ростовской области освоили разведение австралийских раков.

"КИБЕР ПУШКИН": МНОГО НАТО НЕ НАДО ХОРОШИМ ДРУЗЬЯМ, И ВООБЩЕ: НАТО ВСЕМ ОЧЕНЬ, ОЧЕНЬ НЕ НАДО! СЕНСАЦИЯ! Новости. Россия, США, Европа могут улучшить отношения и здоровье общества!


Киноальманах «Север, я люблю тебя» порвал архангельских зрителей

В Архангельске с 29 июля перекрывается движение по участку набережной Северной Двины

Туманное утро в Турчасово...

Не чайные клиперы


Поезда перевезли в Крым почти 2 миллиона пассажиров за полгода

В Крыму из-за дыма от пожара столкнулись девять автомобилей

Сколько пассажиров прибывают в Крым летом на поездах ежедневно

В Севастополе пройдет масштабная выставка картин Александра Дейнеки


Кредитный рейтинг жителей Кировской области за год снизился

Зимы больше не будет. Климатолог Клименко дал пугающий прогноз

«Коммерсантъ» узнал подробности расследования дела «похищенного» в Москве блогера

Губернатор Приамурья предложил поощрять предприятия, которые берут студентов на работу














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *