Группа исследователей из Гарвардского университета (США) предложила математическое описание движений, которые позволяют канатоходцу удерживать себя в вертикальном положении.

Расчёты указывают на «золотую середину», то есть оптимальные условия, которые позволяют балансировать с минимальными усилиями. Модель поможет учёным лучше понять, как сотрудничают мозг и тело, занимаясь сложной задачей.

Фото Steffen A. Frost.

В основе исследования — мысленный эксперимент. Сохранить равновесие трудно даже на неподвижной узкой доске, что уж говорить о верёвке, которая становится сильным дестабилизирующим фактором. Канат не просто раскачивается, он отвечает на движения человека, заставляя акробата постоянно менять положение тела. Небольшая ошибка в такой системе будет многократно усилена и приведёт к трагедии.

Учёные создали простую модель человека на веревке, описав их взаимодействие с помощью обычных сил, масс, углов и скоростей. Затем они учли человеческие датчики, предупреждающие мозг об изменении положения тела: глаза, внутреннее ухо, лодыжки, колени. В своих расчётах специалисты исходили из того, что оперативной информации о возможном падении, предоставляемой органами внутреннего уха, достаточно для поддержания равновесия.

Эксперты также обнаружили, что одним из ключевых элементов, влияющих на балансирование, является степень провисания каната. Натянутый канат с небольшим прогибом вибрирует быстрее, тогда как более свободная верёвка с сильным провисанием превращается в качели. Между этими крайностями находится «золотая середина» — примерно метровый прогиб, который облегчает поддержание равновесия. Канатоходцам это правило давно известно.

Как выяснилось, дело в том, что при таком провисании время, затрачиваемое мозгом и телом на обработку информации и реакцию, совпадает со скоростью движений каната.

Результаты исследования опубликованы в издании Journal of the Royal Society Interface.