Khả năng thần kỳ của loài mèo luôn tiếp đất bằng bốn chân sau mỗi cú ngã từ lâu đã là một câu đố thách thức giới vật lý học suốt hơn một thế kỷ. Mới đây, một nghiên cứu đột phá từ Đại học Yamaguchi (Nhật Bản) do nhà khoa học Yasuo Higurashi dẫn đầu đã lật ngược cách tiếp cận truyền thống, tìm ra lời giải từ cấu trúc giải phẫu sinh học thay vì các mô hình cơ học thuần túy.
Phát hiện về cấu trúc cột sống phân vùng
Nhóm nghiên cứu đã phân tích cột sống từ năm mẫu mèo được hiến tặng, tập trung vào hai vùng chiến lược: cột sống ngực (lưng trên và giữa) và cột sống thắt lưng (lưng dưới). Các mô mềm như dây chằng và đĩa đệm được giữ nguyên để đảm bảo tính chân thực. Khi đưa vào máy kiểm tra tải trọng, kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt.
Vùng cột sống ngực sở hữu một "vùng trung hòa" rộng tới 47 độ, cho phép lưng trên xoay lỏng lẻo gần như không gặp lực cản trước khi đạt giới hạn 171 độ. Ngược lại, vùng thắt lưng gần như không có vùng trung hòa, kháng lực tức thì và chỉ đạt giới hạn 57 độ. Sự tương phản này giải thích cơ chế tự xoay của mèo khi rơi.
Cơ chế hoạt động khi rơi tự do
Khi thả hai con mèo sống từ độ cao một mét xuống đệm mềm, nhóm nghiên cứu ghi nhận nửa thân trước xoay hướng về mặt đất nhanh hơn nửa thân sau. Cột sống ngực lỏng cho phép đầu và chân trước lật ngoạn mục ngay khi rời tay, trong khi cột sống thắt lưng cứng đóng vai trò neo giữ, ngăn cơ thể xoắn hỗn loạn.
Phát hiện này không vi phạm các định luật vật lý. Từ năm 1894, nhà sinh lý học Pháp Étienne-Jules Marey đã chứng minh mèo có thể tự lật người từ tư thế ngửa bụng mà không cần lực đẩy ngoài. Nhà vật lý kiêm cây viết khoa học Gregory Gbur nhận định mèo kết hợp cả mô hình "co và xoay" (như vận động viên trượt băng) lẫn "uốn và xoắn" (hai hình trụ xoắn ngược chiều).
Ý nghĩa ứng dụng trong khoa học và công nghệ
Nghiên cứu của Đại học Yamaguchi đập tan giả định coi cột sống mèo là hai khối đồng nhất nối bằng bản lề. Các thông số định lượng về độ linh hoạt của từng phân vùng mở ra hướng mới cho kỹ thuật sinh học, y học thú y và chế tạo robot. Các kỹ sư có thể đưa dữ liệu bất đối xứng này vào mô phỏng chuyển động động vật, hỗ trợ chẩn đoán chấn thương cột sống ở loài bốn chân, và tạo ra robot có khả năng tự phục hồi thăng bằng khi rơi.
