La production minimale de déchets est une loi fondamentale pour la locomotion des animaux


Tortue-boîte

Crédit photo: CC0 Public Domain

Existe-t-il un principe uniforme qui sous-tend la locomotion des dans leur riche diversité? Une analyse thermodynamique réalisée par un professeur Skoltech et ses collaborateurs français à l’Université Paris Diderot, à l’Université Paris Saclay et au Muséum national d’Histoire Naturelle montre pourquoi et comment la minimisation des déchets dans la libre circulation indépendamment de l’efficacité ou en maximisant la puissance, le mode disponible et la démarche prévalent. La recherche est publiée dans le Lettres d’examen physique.

«Le mouvement est une caractéristique de la vie animale», déclare le professeur de Skoltech Henni Ouerdane, «et c’est pourquoi il fascine les penseurs au moins depuis l’époque d’Aristote». Le professeur Ouerdane ajoute que « à la fin du XIXe siècle l’invention d’Eadweard Muybridge, le zoopraxiscope, précurseur du film, a fasciné les foules, témoignant de la belle complexité de la biomécanique, et que des comparaisons détaillées entre machines vivantes et artificielles ont naturellement suivi, mais avec un succès très limité pour expliquer la vie. « 

Pour les machines artificielles, maximiser l’efficacité de la conversion énergétique est indispensable pour économiser les ressources. Cependant, cela s’applique-t-il aux animaux lorsqu’ils se déplacent librement? Répondre à cette question est un défi de taille étant donné la diversité de la vie animale et des habitats. Maximiser les performances est l’objectif évident dans les contextes stressants, lors de la chasse aux proies ou lors de l’évasion. mais aucun principe clair, le cas échéant, ne semblait s’appliquer à la libre circulation. En fait, l’interaction détaillée entre la gestion de l’énergie et la locomotion, et en particulier l’optimisation de la consommation d’énergie sur les allures, était toujours restée insaisissable.

Le professeur Ouerdane et son principal collaborateur, le professeur Christophe Goupil, avaient auparavant étudié en profondeur la thermodynamique hors équilibre des convertisseurs d’énergie, mais le saut dans la physique de la vie était une perspective décourageante. En effet, la formulation d’un modèle générique compact de locomotion pour des systèmes très complexes tels que les organismes vivants semblait irréalisable. « Bien sûr, la littérature sur le sujet est abondante et abondante, mais de nombreux modèles reposent sur de grands ensembles de paramètres d’ajustement pour reproduire certaines des énergies observées de l’action musculaire, ce qui empêche d’une certaine manière une vision claire des processus thermodynamiques à l’œuvre. Le modèle musculaire de base est issu d’un travail original avec des muscles morts et disséqués, alors que l’on veut comprendre la conversion de l’énergie chimico-mécanique dans les organismes vivants », explique le Pr Goupil.

La première étape vers un modèle de locomotion thermodynamique était un modèle approprié de conversion d’énergie métabolique dans les muscles vivants et réels. Cet ouvrage, publié dans le Nouveau journal pour la physique En 2019, le professeur Ouerdane et ses collègues ont souligné la nécessité de considérer attentivement les conditions aux limites particulières auxquelles un muscle vivant est exposé sous charge et leurs effets de rétroaction en relation avec l’intensité métabolique. Leur travail a ainsi comblé un fossé exceptionnel entre les modèles musculaires inertes et les muscles vivants mis au travail par un animal réel.

«Dans nos travaux récents présentant le coût énergétique de l’effort, nous avons découvert un principe fondamentalement extrême de la thermodynamique hors équilibre de la locomotion animale: la libre circulation signifie minimiser la de déchets métaboliques. Nous avons utilisé des données expérimentales publiées pour marcher, trotter et galoper, respectivement Nous avons rétabli les tendances avec notre modèle et fourni de nouvelles connaissances sur la locomotion des animaux qui vont au-delà de notre étude de cas », explique le Pr Ouerdane.

Cette recherche contribue à des avancées significatives dans la compréhension de la locomotion dans n’importe quel environnement (terrestre, aérien, aquatique) quelle que soit la phylogénie. Fait intéressant, il met également en lumière un principe naturel qui peut faire progresser la conception innovante des futures machines fabriquées par l’homme et sans danger pour les déchets, et il peut également utiliser la robotique bio-inspirée pour les problèmes liés par ex. B. proprioception et impédance mécanique variable des actionneurs, qui à leur tour pourraient conduire le développement de théories de la vie basées sur la physique.


La locomotion des hominines au Pléistocène était aussi efficace que celle des humains modernes


Plus d’information:
E. Herbert et al., Thermodynamics of Animal Movement, Lettres d’examen physique (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.228102 Thermodynamique de la conversion d’énergie métabolique sous stress musculaire

Christophe Goupil et al. Thermodynamique de la conversion d’énergie métabolique sous stress musculaire. Nouveau journal pour la physique, Publié le 28 février 2019. Volume 21, 1 février 2019

Fourni par l’Institut des sciences et technologies de Skolkovo

Citation: La production minimale de déchets est une pour la locomotion des animaux (25 novembre 2020), publiée le 25 novembre 2020 sur https://phys.org/news/2020-11-minimal-production-fundamental-law- animal.html a été récupéré

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