Loopje van T. rex inspiratie voor zuinige robots
Nederlandse onderzoekers zochten uit hoe de Tyrannosaurus rex liep. Conclusie: hij wandelde minder snel dan eerder werd gedacht. En zijn lange, zware staart gaf hem extra stabiliteit. De inzichten kunnen de makers van tweebenige robots wellicht helpen bij het bouwen van stabielere exemplaren.
Het is de dino die het meest tot de verbeelding spreekt: de Tyrannosaurus Rex, T. rex voor vrienden. Bij het brede publiek wellicht bekend uit de Jurassic Park-films, of van het T. rex-skelet dat het museum Naturalis in Leiden in 2016 binnenhaalde. Trix is daar een publiekstrekker van jewelste, zeker sinds zij in 2019 een prominent plekje kreeg.
Â
Rustig wandelen
âWow, wat is ze groot. Dat dacht ik elke keer weer als ik binnenstapte bij Naturalisâ, herinnert Pasha van Bijlert zich. Hij besloot in 2017, geĂŻnspireerd door het enorme skelet, om als bachelorstudent Bewegingswetenschappen aan de Vrije Universiteit (VU) in Amsterdam uit te zoeken hoe Tyrannosaurus rex waarschijnlijk moet hebben gelopen. Daarbij lag de focus vooral op het rustig wandelen van het dier, een modus die zo weinig mogelijk energie kost.
Â
Enorme staart
Samen met zijn begeleiders Anne Schulp (Naturalis/Universiteit Utrecht) en Knoek van Soest (VU) stelde Van Bijlert een biomechanisch model op, waarbij een speciale rol was weggelegd voor de enorme staart. âDie nam meer dan de helft van de lengte van het dier in beslag en woog bijna duizend kilogramâ, vertelt hij aan de telefoon.
Het bijzondere van tweebenige dinosauriërs is dat hun staart passief is opgehangen aan de ligamenten, de rekbare bandjes tussen de ruggenwervels van het dier. Daardoor wipt de staart op en neer tijdens het lopen.
Deze op-en-neer-beweging heeft Van Bijlert gesimuleerd. âDe ligamenten werken als een soort elastieken, ze worden uitgerekt en weer ingetrokken tijdens dat op en neer gaan van de staart.â Geen enkel hedendaags dier heeft dit type staart.
Â
Optimale beweging
De jonge wetenschapper leidde uit zijn biomechanisch model de manier af waarop de staart van nature het liefste beweegt, oftewel de eigenwaarden van de staartbeweging.
Die volgen uit de afmetingen en de massa van de staart van T. rex, en de stijfheid van de ligamenten. Uit de gevonden eigenwaarden volgt de optimale beweging, waarbij het dier al wandelend zo weinig mogelijk energie verbruikt.
âDat zullen mensen wel herkennen als ze lopen bij een snelheid die niet de ideale is. Je voelt meteen als je niet op de juiste frequentie looptâ, zegt Van Bijlert. Hij demonstreert dit fenomeen in deze video:
Â
Â
T. rex wandelde net zo snel als een mens
Uit de berekeningen en simulaties van Van Bijlert en collegaâs volgt dat de snelheid van een T. rex die rustig loopt, ongeveer 4,6 kilometer per uur bedraagt. Vergelijkbaar met het wandeltempo van een volwassen mens.
Daarmee komen ze een factor twee lager uit dan wetenschappers tot nu toe vonden. âWij hebben als eersten de staart echt meegenomen in de berekeningen en ook richtten onze collegaâs zich eerder niet op dat energetische optimum van voortbewegen van het dier.â
De resultaten van het onderzoek staan beschreven in een artikel in het vakblad Royal Society Open Science dat onlangs verscheen.
Â
Â
Rennen kost meer energie
Toch is het rustige gangetje van de T. rex ook weer niet zo verrassend, meent Van Bijlert. âWe zien dat bij heel veel grotere dieren die rustig lopen; hun snelheid ligt steeds rond de vijf kilometer per uur. Natuurlijk kunnen ze ook rennen als dat moet, maar rennen kost veel meer energie, dus als het niet nodig is, bewegen ze zich voort met dat wandeltempo.â
Â
Staart speelt rol bij energiezuinig wandelenÂ
Nog even terug naar die staart van T. rex. Dat zware, elastische ding is niet alleen een lichaamsdeel dat moet worden meegesleept. Van Bijlert en collegaâs hebben ook het sterke vermoeden dat de passieve ophanging van die staart een rol speelt bij het zo energiezuinig mogelijk lopen van de dinosaurus.
âElke voetstap die het dier zet, gaat gepaard met energieverlies. We denken dat de staart helpt om dat energieverlies te beperken, door een deel van de kracht op te vangen die dat energieverlies veroorzaakt. Om uit te zoeken of dat idee klopt, werk ik nu voor mijn master aan een gedetailleerder biomechanisch model.â
Â
Tweebenige robots
Terwijl Van Bijlert vooral geïnteresseerd is in de manieren van voortbewegen van dinosauriërs, zouden de opgedane inzichten mogelijk ook bruikbaar kunnen zijn voor de ontwerpers van robots. Vooral de tweebenige robots hebben nogal eens te kampen met een gebrek aan stabiliteit; ze vallen makkelijk om. Zie deze video:
Staart kan robots stabieler maken
Misschien dat de toevoeging van een staart kan helpen om deze groep robots stabieler te maken. âJe kunt de T. rex ook een beetje vergelijken met een koorddanser. Die draagt een lange stok, waardoor hij minder snel omvalt. Wij doen voorzichtig de aanbeveling aan robotbouwers: kijk ook eens naar het gebruik van een staart. Daarbij moeten zij natuurlijk wel de afweging maken met het nadeel dat er dan extra massa bijkomt.â
Â
Beeldmateriaal Pasha van Bijlert /Â Rick Stikkelorum / Arthur Ulmann