Of the vast variety of animal gaits, one of the most striking is the non-planar undulating motion of a sidewinder. But non-planar gaits are not limited to sidewinders. Here we report a new non-planar mode used as an escape strategy in juvenile anacondas (Eunectes notaeus). In the S-start, named for its eponymous shape, transient locomotion arises when the snake writhes and bends out of the plane while rolling forward about its midsection without slippage. To quantify our observations, we present a mathematical model for an active non-planar filament that interacts anisotropically with a frictional substrate and show that locomotion is due to a propagating localized pulse of a topological quantity, the link density. A two-dimensional phase space characterized by scaled body weight and muscular torque shows that relatively light juveniles are capable of S-starts but heavy adults are not, consistent with our experiments. Finally, we show that a periodic sequence of S-starts naturally leads to a sidewinding gait. All together, our characterization of a novel escape strategy in snakes highlights the role of topology in locomotion, provides a phase diagram for mode feasibility as a function of body size, and suggests a role for the S-start in the evolution of sidewinding.


翻译:在动物步态的丰富多样性中,最引人注目之一便是侧向蜿蜒蛇的非平面起伏运动。但非平面步态并不仅限于侧向蜿蜒蛇。本文报道了幼年南美水蚺(Eunectes notaeus)使用的一种作为逃逸策略的新型非平面模式。在以其同形形状命名的S形启动中,当蛇在无滑动情况下绕其躯干中部向前滚动、同时扭动并弯曲出平面时,便会产生瞬态运动。为量化我们的观察结果,我们提出了一个主动非平面细丝的数学模型,该细丝与摩擦基底各向异性相互作用,并表明运动是由拓扑量(即连接密度)的传播局部脉冲驱动的。一个以缩放体重和肌肉扭矩为特征的二维相空间表明,相对较轻的幼体能够执行S形启动,而沉重的成体则不能,这与我们的实验一致。最后,我们证明S形启动的周期性序列自然会导致侧向蜿蜒步态。综合来看,我们对蛇类新型逃逸策略的表征,凸显了拓扑学在运动中的作用,提供了模式可行性与身体尺寸关系的相图,并暗示了S形启动在侧向蜿蜒演化中的角色。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
【硬核书】矩阵代数基础,248页pdf
专知会员服务
88+阅读 · 2021年12月9日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【跟踪Tracking】15篇论文+代码 | 中秋快乐~
专知
18+阅读 · 2018年9月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【泡泡一分钟】学习紧密的几何特征(ICCV2017-17)
泡泡机器人SLAM
20+阅读 · 2018年5月8日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月20日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月19日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
9+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【跟踪Tracking】15篇论文+代码 | 中秋快乐~
专知
18+阅读 · 2018年9月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【泡泡一分钟】学习紧密的几何特征(ICCV2017-17)
泡泡机器人SLAM
20+阅读 · 2018年5月8日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员