¿Cómo conseguir piernas funcionales de artrópodo para llevar grandes pesos?

"Para tamaños y masas grandes, las patas de artrópodo son una mala opción", es lo que dice mucha gente, pero sin embargo, esto siempre se ve genial y aterrador.

Entonces, basándonos en la primera solución para un Arachne anatómicamente correcto , vamos a suponer un peso de 120 kg con 15 kg distribuidos para cada pierna (con variaciones), pero incluso esta solución, el consenso general fue que la biomecánica del asunto sería No permita que soporte ese peso.

Agregue el hecho de las patas quitinosas de los artrópodos, porque sí, esto probablemente se puede resolver usando huesos normales que parecen patas de araña, pero sería contradictorio con las soluciones de Aracne.

Buscando soluciones para esto, lo mejor que pude encontrar fueron estos camiones araña:

Obviamente, la biomecánica es muy diferente a la mecánica tecnológica (puedes ver esos pistones y motores hidráulicos), sin embargo, esto me dio cierta esperanza de pensar que el diseño es viable.

Además, la mayoría de las representaciones que se pueden encontrar muestran piernas muy largas y delgadas, algo que parece completamente inverosímil y poco realista.

Hay algunos que muestran piernas más cortas, más fuertes y más gruesas, como las mostradas por la primera respuesta a Aracne o este

Entonces, tal vez perdamos algo de la altura y, por lo tanto, algo de la postura imponente a medida que se eleva, pero si los movimientos y la forma perturbadores que aterrorizan a las personas permanecen suficientes, será suficiente.

¿Qué cambios e implementos deben ponerse las piernas para resistir el peso y caminar?

¿Qué tan gruesas y cortas deben ser las patas para que sean físicamente viables?

¿La quitina es suficiente para resistir el peso?

¿O es completamente imposible biológicamente piernas muy segmentadas capaces de transportar y mover esos tamaños y masas?

Recuerda todas las anteriores, algunas basadas en la respuesta de arachne.

Pensé que eran suficientes preguntas, otras cosas como son muy difíciles de pensar y más como magia, por lo que es innecesaria.

Me temo que no entiendo qué entiendes por "patas de artrópodo". En particular, las patas de los "camiones araña" en las dos primeras imágenes son mucho más similares a las patas humanas (= varillas articuladas) que a las patas de los artrópodos (= tubos articulados). (Dato curioso: las extremidades humanas tienen el mismo número de articulaciones que las patas de los insectos. La diferencia es que las patas de los insectos son tubos articulados, mientras que las extremidades humanas son varillas articuladas; es decir, exoesqueleto frente a endoesqueleto). utilizar el enfoque de tubo articulado, principalmente porque no tenemos forma de hacer uniones fuertes y flexibles entre dos tubos.
@AlexP. Con patas de artrópodo entiendo lo que parecen patas de artrópodo, aunque no tengan la misma función. Pero también sucede que necesito más conocimiento sobre la locomoción de los artrópodos.
La quitina no es adecuada para las criaturas grandes (demasiado blanda en comparación con el esqueleto de calcio), y el sistema de respiración tubular (tráqueas) es demasiado ineficaz para las grandes criaturas terrestres. El Carbonífero vio los más grandes posibles, en una atmósfera con una presión parcial de oxígeno mucho más alta.
@a_donda hay criaturas con quitina que no usan traquea. La quitina y los pulmones son completamente posibles.
la gran limitación es cómo crece la quitina. La quitina se desprende y luego se secreta en el tamaño más grande, esto significa que el organismo debe poder sostenerse solo con una parte del exoesqueleto durante la muda.
@a_donda. "No estoy seguro de cómo actuarían la resilina y otras proteínas flexibles a mayor escala. Pero si juegas con las proporciones de quitina alfa, beta y gamma en las partes móviles e inmóviles del exoesqueleto, los insectos deberían poder soportar un gran peso manteniendo la movilidad", ¿es esto cierto y cuán resistente podría ser?
@AlexP: ¿Por qué crees que no hay forma de hacer juntas flexibles entre tubos? En el nivel más simple, cierre los extremos del tubo y use las mismas uniones que para las varillas (o vigas en I). Luego están, por ejemplo, las articulaciones en los trajes espaciales, y un par de minutos con Google le darán muchos más ejemplos.
@jamesqf: Articulaciones fuertes . Por supuesto, podemos hacer tubos articulados, de muchas maneras. Articulaciones de carga, no tanto. (Y sin engaños: las patas de los artrópodos son tubos articulados continuos, no segmentos tubulares articulados a modo de vigas).
@Drakio-X: se pueden discutir los límites de tamaño de las criaturas. Algunos argumentan que incluso los grandes atrópodos (1 m y más grandes) del carbonífero eran demasiado grandes para soportar su peso, lo que significa que puede haber soluciones para mantener intacta la ventilación de las que actualmente no somos conscientes o sobre las que podemos especular. No tengo la suficiente confianza en mí mismo para juzgar los tamaños y límites exactos, pero estoy seguro de que puede encontrar trabajo al respecto. En la construcción de mundos, algunos gestos con las manos no dañarán :-)
Otra cosa que me viene a la mente: la creación de una quimera de vertebrados / artrópodos combina dos "planos" completamente diferentes con una funcionalidad mutuamente excluyente no solo en relación con el sistema de respiración, sino con todo el metabolismo y el ciclo de vida. Por ejemplo, ¿cómo puede construir un esqueleto de calcio y al mismo tiempo mudar su exoesqueleto, o sangre y hemoglobina y ventilación abierta, o digestión fuera y dentro del cuerpo, y todo eso? Las funciones corporales serían realmente... desordenadas. Uno necesitaría mucha mano (o lo que corresponda :-)) saludando...
@a_donda. Ah, sí, sobre algo más quimérico, la respuesta al arachne anatómicamente correcto, la respuesta del kiwi desplumado, resuelve muchos problemas, incluso el de parecer un humano, excepto el problema de lo que estoy preguntando ahora.
@AlexP: No veo cómo los segmentos tubulares están "haciendo trampa". Sin embargo, podría considerar las plumas tubulares huecas que se utilizan para bombear hormigón.
@jamesqf. Eso suena interesante, podría ser una posible solución.
Esto es extraño, considero que mi pregunta fue respondida con solo comentarios.
Pregunta relacionada/respuesta posible: ¿Son viables los 'ambiesqueletos'? .

Respuestas (3)

Pseudo-piernas:

Estaba revisando su pregunta, y hay una forma en que puedo pensar en esto que tiene sentido. Los músculos que operan las piernas no están en las piernas en absoluto. Todo está impulsado por estructuras similares a tendones opuestos con los músculos del torso. Las piernas están trabajadas como un titiritero.

Los tendones, al ser delgados, no necesitan que se les suministre aire o circulación apreciables, ya que realizan muy poco trabajo. Es posible que las extremidades ni siquiera necesiten ser extremidades adecuadas, sino estructuras crecidas o fabricadas atadas en su lugar como piernas artificiales y regeneradas/reemplazadas cuando se desgastan/rompen. Si la especie es completamente inteligente, pueden estar entretejidos con tiras de quitina y seda de araña, y la seda proporciona las "cuerdas" que se tiran de un lado a otro. Cuando otro muere, sus extremidades adicionales se pueden compartir con otros.

Al eliminar la necesidad de todo o gran parte del tejido vivo en las piernas, pueden ser extremadamente delgadas. Cabrían o crecerían a partir de un miembro del muñón con músculos internos extensos y se moverían como si los manejara un titiritero. Las extremidades podrían ser golpeadas o cortadas, y si fueran fabricadas, ¿a quién le importa? Ve a buscar tu juego de repuesto después de la pelea para que puedas caminar normalmente de nuevo. Si estuvieran cargados por resorte, los movimientos podrían incluso tener una gran cantidad de poder detrás de ellos.

Si las extremidades son artificiales, tienes algunas alternativas realmente divertidas disponibles. Pueden tener púas, ganchos y sierras adjuntas. Las extremidades se pueden reemplazar completamente con armas o herramientas. Hecho de metal, el arachne podría parecer cibernético o similar a un reloj.

Sin mencionar que es probable que tu arácnido sea un maestro titiritero con piernas diseñadas así. Imagina un arácnido oculto en una telaraña del techo usando marionetas reales que corren a través de seda de araña invisible para interactuar o pelear con los jugadores. ¡Los esqueletos falsos, las armaduras "animadas" o las armas danzantes podrían hacer encuentros completos con los jugadores que nunca interactúan directamente con el arácnido!

eso aún deja el mayor problema, un tubo hueco de quitina de paredes delgadas simplemente no es lo suficientemente fuerte, y debido a cómo tiene que crecer, no puede hacerlo lo suficientemente grueso como para soportar el peso. adelgazar las piernas solo empeora las cosas.
@John Eso es parte de la idea aquí. Sugiero que las extremidades no necesitan tener paredes tan delgadas. Ni siquiera necesitan estar vivos, como el cabello, o podrían fabricarse por completo. Son como las extremidades de los títeres, solo que las cuerdas probablemente estarían dentro de las extremidades (pero ni siquiera tendrían que serlo). Funcionarían mecánicamente (incluso si fueran derivados biológicamente por cualquier medio por el que se produjeron)
¿A qué vas a unir las cuerdas también? Te encontrarás con problemas similares con las extremidades que también unen.
@John, me imagino no mucho más que un músculo unido a un gancho/lazo asegurado a una cuerda de seda o un hilo largo similar a un tendón que se extiende dentro de la extremidad falsa. Posiblemente incluso una extremidad blanda como una oruga adentro/adherida al caparazón principal. No hay articulaciones de las que hablar. El "tendón" podría incluso ser externo, exactamente como una marioneta si se desea.
Lo necesita para moverse y ejercer la fuerza suficiente para sostener las extremidades, el peso del cuerpo es soportado por la tensión muscular de cualquier manera. por lo que necesita articulaciones para el movimiento y debe ser lo suficientemente fuerte como para soportar las fuerzas involucradas. el peso de un títere es soportado externamente por el titiritero, estás construyendo algo más como una prótesis.
Es un concepto interesante, pero ¿cómo produciría las piernas el cuerpo de la criatura?
@ Drakio-X Hay un par de formas en que puedes hacer esto. Uno, las extremidades simplemente tienen estructuras similares a tendones realmente largas y crecen como extremidades normales. Los requisitos de circulación serán mínimos sin músculo dentro de la extremidad. Los "tendones" podrían incluso ser externos, hechos de seda, y la extremidad no sería más que un exoesqueleto adulto que se movía como una marioneta. De lo contrario, las extremidades pueden ser artificiales (pero con el cuerpo evolucionado para extremidades artificiales) y completamente fabricadas.

Puedes hacer algo que se parezca al menos a patas de araña.

Necesita un reemplazo para la quitina o al menos una forma completamente diferente de cultivarla. Algo que pueda crecer grueso y aun así estar articulado y soportar el peso. Nada excretado solo desde el interior funcionará. Necesita superficies de juntas anchas, fuertes e independientes y tubos de paredes gruesas para soportar el peso. Es posible mantener los músculos adentro, solo hace que las piernas sean muy gruesas. Su mejor apuesta es un esqueleto que crezca internamente pero solo cubierto por una piel de células vivas similar a la forma en que crecen la madera o las escamas, pero aún hueco por dentro. La quitina aún podría funcionar para esto, pero debe crecer como la madera o el hueso y no desprenderse, porque debe ser espesa. Desde el punto de vista de la ingeniería, normalmente no construimos de esta manera, pero es posible, hay juntas de soporte de carga huecas en la naturaleza, es complicado y raro. Lo que pierdes es movilidad articular, las articulaciones terminan siendo mucho menos flexibles de lo que se puede lograr con un esqueleto completamente interno. Afortunadamente, no hay tanta movilidad en el movimiento de las patas de araña de todos modos, por lo que aún podrías hacer que las piernas funcionen. La piel del tejido externo tampoco funcionará en las articulaciones, aún necesita más espacio para algo como ligamentos para soportar superficies articulares amplias e independientes. Podrías hacer algo que superficialmente se vea como una araña de patas gruesas con las articulaciones hinchadas, pero básicamente necesitas desechar todo excepto el diseño general y comenzar de cero para resolver la biomecánica. La piel del tejido externo tampoco funcionará en las articulaciones, aún necesita más espacio para algo como ligamentos para soportar superficies articulares amplias e independientes. Podrías hacer algo que superficialmente se vea como una araña de patas gruesas con las articulaciones hinchadas, pero básicamente necesitas desechar todo excepto el diseño general y comenzar de cero para resolver la biomecánica. La piel del tejido externo tampoco funcionará en las articulaciones, aún necesita más espacio para algo como ligamentos para soportar superficies articulares amplias e independientes. Podrías hacer algo que superficialmente se vea como una araña de patas gruesas con las articulaciones hinchadas, pero básicamente necesitas desechar todo excepto el diseño general y comenzar de cero para resolver la biomecánica.

Otra cosa que no puede obtener es una araña ancha como una separación, las piernas deben mantenerse cerca del cuerpo para reducir el estrés sobre ellas, más como su imagen inferior. Pero tenga en cuenta en su imagen que los segmentos superiores de las piernas son demasiado delgados, por lo que no puede usarlo como está.

En realidad... Quitina puede hacer el truco.

La quitina "tradicional" (la quitina actualmente presente en las arañas con las que estamos familiarizados) puede no ser capaz de soportar ese peso si solo aumenta la escala del animal (no entraré en los detalles de las especificaciones del organismo y la ley del cubo cuadrado porque ya se ha respondido en la pregunta "Aracne anatómicamente correcta" que mencionaste, y ya se ha revisado en los comentarios y otras respuestas. Así que centrémonos en el material de la pierna. La quitina viene en muchos sabores. En realidad, un animal

puede combinar quitina con otras sustancias para hacerlo muy fuerte o muy flexible:

https://en.wikipedia.org/wiki/Arthropod_exoesqueleto

"Generalmente, el exoesqueleto tendrá áreas engrosadas en las que la quitina se refuerza o endurece con materiales como minerales o proteínas endurecidas".

Por lo general, los cristales minerales, principalmente carbonato de calcio, se depositan entre las moléculas de quitina y proteína en un proceso llamado biomineralización.

"Típicamente" la biomineralización es con carbonato de calcio. Pero, ¿y si tu araña usa otro componente? por ejemplo hierro.
Y en realidad no es ficción. Los caracoles de mar tienen dientes que refuerzan la quitina con óxido de hierro y crean "el material más fuerte de la tierra" (generado orgánicamente) según este artículo:

https://www.livescience.com/49844-limpet-teeth-strongest-natural-material.html

Las fibras de los dientes resistieron una fuerza de tracción equivalente a una hebra de espagueti que levanta 3000 bolsas de azúcar, lo que equivale a unas 3300 libras (1500 kilogramos)

Y luego, las articulaciones:

una articulación de pata de araña estándar es como se muestra en la imagen:
https://www.researchgate.net/figure/Fig1-ASketch-of-a-spider-leg-showing-all-segments-joints- without-extensor-muscles_fig1_221779105 Las bisagras representan un punto débil estructuralmente hablando. Entonces, la criatura puede necesitar desarrollar un refuerzo adicional en las articulaciones (hecho con la misma quitina a base de hierro):
Bosquejo de una pata de araña

ingrese la descripción de la imagen aquí

El refuerzo de quitina en los tubos debe estar muy bien sellado para evitar la fuga de fluidos y puede parecerse a las articulaciones de los exoesqueletos de los cangrejos.

excepto que la fuerza se transfiere a solo unos pocos milímetros de la superficie articular, recuerde que la pata de un artrópodo es esencialmente un tubo con curvas complejas. Y no puede crecer muy grueso debido al problema de la muda y la geometría de una superficie que crece desde un solo lado. No se trata tanto de la fuerza de la quitina como de la geometría de la quitina.
He editado la respuesta para incluir eso.
eso no ayuda, es una buena adición pero no resuelve el problema del área de la sección transversal. usted está tratando de soportar el peso de un ser humano grande en algo con menos material que el tubo en el centro de un rollo de toallas de papel. para ser claros, incluso el acero tendría dificultades para soportarlo.
es buena informacion pero aun tengo el problema de la fuerza de los musculos y el espacio que tienen para funcionar
¿Cómo conseguir piernas funcionales de artrópodo para llevar grandes pesos?
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