オオクチバスの手術用口腔開放メカニズムは、3つの自由度を持つ3D 4バーリンクとして機能します

平面、1度の自由（1-DOF）4バーリンケージは、多数の生体力学システムの機能、パフォーマンス、進化を理解するための重要なモデルです。そのようなシステムの1つは、魚の操作メカニズムです。これは、下顎を押し出すための4バーリンクのように機能すると考えられています。解剖学的および行動的観察は、何らかの形の機械的結合を示唆していますが、平面4バーとして動作メカニズムをモデル化する以前の試みは、観察された運動学と比較して一貫して貧弱なモデル適合を生み出しています。新しく開発されたオープンソースメカニズムフィッティングソフトウェアを使用して、オラメントメカニズムが代わりに3D 4バーとして機能するかどうかをテストするために、LAREGEMOUTH BASSのin vivo Kinematicsを備えた複数の3次元（3D）4バーモデルを装着しました。もっとDOF。リンク位置エラー、リンク回転誤差、出力の比率と入力リンク回転の比を調べて、2つの異なるレベルのバリエーションで最適なモデルを識別しました。各給餌ストライキと同じ個人からのすべてのストライクにわたって。3D、3-DOF 4バーリンケージは、動作メカニズムに最適なモデルであり、5％未満のリンク回転誤差を達成しました。また、操作メカニズムは、各ストライキのレベルで複数のストライキにわたって複数の自由度で動くことを発見しました。これらの結果は、軸方向の筋肉によって力の入力をメカニズムに向け、特定の口に開く軌跡を達成するために、アクティブな運動制御が必要になる可能性があることを示唆しています。また、我々の結果は、生体力学システムのシミュレーションにおける4バーモデルの汎用性を拡大し、平面または単一のシステムを超えて有用性を拡大します。

The planar, one degree of freedom (1-DoF) four-bar linkage is an important model for understanding the function, performance and evolution of numerous biomechanical systems. One such system is the opercular mechanism in fishes, which is thought to function like a four-bar linkage to depress the lower jaw. While anatomical and behavioral observations suggest some form of mechanical coupling, previous attempts to model the opercular mechanism as a planar four-bar have consistently produced poor model fits relative to observed kinematics. Using newly developed, open source mechanism fitting software, we fitted multiple three-dimensional (3D) four-bar models with varying DoF to in vivo kinematics in largemouth bass to test whether the opercular mechanism functions instead as a 3D four-bar with one or more DoF. We examined link position error, link rotation error and the ratio of output to input link rotation to identify a best-fit model at two different levels of variation: for each feeding strike and across all strikes from the same individual. A 3D, 3-DoF four-bar linkage was the best-fit model for the opercular mechanism, achieving link rotational errors of less than 5%. We also found that the opercular mechanism moves with multiple degrees of freedom at the level of each strike and across multiple strikes. These results suggest that active motor control may be needed to direct the force input to the mechanism by the axial muscles and achieve a particular mouth-opening trajectory. Our results also expand the versatility of four-bar models in simulating biomechanical systems and extend their utility beyond planar or single-DoF systems.