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Enregistrement W3160516480 · doi:10.1101/2021.05.08.443257

Elastic energy savings and active energy cost in a simple model of running

2021· preprint· en· W3160516480 sur OpenAlexaff
Ryan T. Schroeder, Arthur D. Kuo

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2021
Typepreprint
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueRobotic Locomotion and Control
Établissements canadiensUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésWork (physics)Elastic energyDissipationGround reaction forceMechanical energyEnergy (signal processing)Spring (device)Efficient energy useMechanicsSimulationComputer sciencePhysicsPower (physics)Structural engineeringEngineeringMechanical engineeringClassical mechanicsElectrical engineeringKinematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract The energetic economy of running benefits from tendon and other tissues that store and return elastic energy, thus saving muscles from costly mechanical work. The classic “Spring-mass” computational model successfully explains the forces, displacements and mechanical power of running, as the outcome of dynamical interactions between the body center of mass and a purely elastic spring for the leg. Conversely, the Spring-mass model does not include active muscles and cannot explain the metabolic energy cost of running. Here we add explicit actuation and dissipation to the Spring-mass model, resulting in substantial active (and thus costly) work for running on level ground and up or down slopes. Dissipation is modeled as modest energy losses (5% of total mechanical energy for running at 3 m · s -1 ) from hysteresis and foot-ground collisions, that must be restored by active work each step. Even with substantial elastic energy return (59% of positive work, comparable to empirical observations), the active work could account for most of the metabolic cost of human running (about 68%, assuming human-like muscle efficiency). We also introduce a previously unappreciated energetic cost for rapid production of force, that helps explain the relatively smooth ground reaction forces of running, and why muscles might also actively perform negative work. Although elastic return is key to energy savings, there are still losses that require restorative muscle work, which can cost substantial energy during running. Author Summary Running is an energetically economical gait whereby the legs bounce like pogo sticks. Leg tendons act elastically to store and return energy to the body, thus saving the muscles from costly work with each running step. Although elasticity is known to save energy, it does not explain why running still requires considerable effort, and why the muscles still do any work at all. We use a simple computational model to demonstrate two possible reasons why. One is that small amounts of energy are lost when the leg collides with the ground and when the tendons are stretched, and muscles must restore that energy during steady running. A second reason is that muscles may perform work to avoid turning on and off rapidly, which may be even more energetically costly. The resulting muscle work, while small, may actually explain most of the energetic cost of running. Economy may be gained from elasticity, but running nonetheless requires muscles to do active work.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,345
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,009
Tête enseignante GPT0,187
Écart entre enseignants0,178 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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