猫を逆さまに投げると、賢い猫は四つん這いで着地しますが、愚かな猫は...

猫はみんなパルクールの達人です。壁を登ったり屋根の上を飛んだりしているときに誤って落下したとしても、ほとんどの場合、安全に着地することができます。だからこそ、「猫は9つの命を持っている」とよく言われるのです。

猫が本当に9つの命を持っていることは不可能ですが、人々が猫を賞賛していることからも、猫には特別な能力があるようです。どのような姿勢で転んでも、常に四つん這いで着地できるので、怪我をしにくいです。

賢い猫は常に四つん這いで着地します。 GIF より |ティックトック @Xizi1313

バカな猫…

猫はどうやって安全に着地するのでしょうか?多くの科学者がこの「落ちる猫」問題に関心を示しています。

その中で最も有名な科学者はマクスウェルです。「ニュートンとアインシュタインに次ぐ」と称えられるこのイギリスの数理物理学者は、電磁気学の分野で世界的に有名な業績を残しただけでなく、落ちてくる猫の問題にも大きな関心を持っていました。何度も試行錯誤した結果、猫はいつでも一瞬で体をひねって安全に着地できることを発見した。

もちろん、マクスウェルが行ったこれらの小さな科学実験は十分に厳密なものではありませんでした。 1984年、フランスの科学者マレーは、1秒間に12枚の写真を連続して撮影できる写真銃を発明しました。

この新しいカメラ技術のおかげで、人々はついに猫が落下する全過程を見ることができるようになりました。猫は手足を空に向けたまま、空中で巧みに180度回転し、無事に着地します。

猫が地面に落ちる過程、読む順番は右から左（画像出典：参考文献[1]）

この難しい動作は、私たち人間にとっては「見ている」だけのものですが、猫にとっては食べたり飲んだりするのと同じくらい簡単なことなのです。これは猫の遺伝子に「立ち直り反射」と呼ばれる生物学的反射が深く刻み込まれているからです。

崖から落ちる人はたいてい仰向けに倒れ、パニックで手足がぶらぶらになり、動けなくなります。

もし私たちもこの技術を持っていたら、武侠小説やテレビドラマの崖落ちシーンは書き直さなければならないのではないかと思います。

猫の特別なスキルの一つ：立ち直り反射✦

立ち直り反射は猫が生まれながらに持っている才能です。一般的に、生後 3 週間の子猫には予備的な立ち直り反射があり、生後 6 ～ 9 週間の子猫ではすでにこのスキルを完璧に習得しています。

猫が空中で角運動量保存の法則を克服し、不利な姿勢から四本足がすべて下を向いた安全な着地姿勢に瞬時に体を調整できるのは、まさにこのユニークなスキルのおかげです。

では、角運動量保存則とは何でしょうか?

簡単に言えば、角運動量とは、物体の回転状態を表すために使用される物理量であり、回転速度と回転半径に関連しています。物体の回転速度が速くなり、回転半径が大きくなると、角運動量も大きくなります。

角運動量保存則とは、物体が安定した回転状態または静止状態にあるとき、外力の助けがなくても回転し続けるか静止したままであり、つまり角運動量は常に変化しないことを意味します。

猫は体中に何百もの骨と筋肉組織を持ち、体のあらゆる部分を強力に制御しています。そのため、猫は空中で体を柔軟にひねり、弱い空気抵抗と重力に頼って立ち直り反射をうまく完了し、角運動量保存の制約を打ち破ることができます。

1969年、スタンフォード大学の物理学者ケインは、猫の立ち直り反射の原理について説得力のある説明を行った。

猫の立ち直り反射の過程（画像出典：参考文献[2]）

彼は猫の立ち直り反射を3つの段階に分けました。

最初のステップは体を曲げることです

猫は最初に仰向けに倒れたとき、できるだけ体を反らせようとします。

猫を全体として見た場合、空中で回転することはできません。しかし、猫の体の前面と背面をそれぞれ独立して回転できる2つの部分とみなすと、動きの余地が大きく広がります。

ステップ2：前肢の方向を調整する

猫は足をひねることで前肢の方向を調整します。ねじるとき、体の前部と後部は反対方向にねじれます。同時に、猫は前肢を引っ込め、後肢を伸ばそうとします。

角運動量保存の法則によれば、体の前半部の回転半径が小さくなり、回転速度が上がり、回転しやすくなります。後半部の回転半径が大きくなると、回転速度が低下し、回転しにくくなります。

このように、猫の体の前半部分がほぼ 180 度回転しているとき、体の後半部分は反対方向に 10 度程度しか回転していません。

これにより、体の後半部分をほとんど変えずに、体の前半部分を前肢が下を向く位置に調整することができます。この過程で、体の前部と後部で発生した角運動量は互いに打ち消し合い、角運動量保存の法則は依然として有効です。

ステップ3：後ろ足の方向を調整する

次に猫は体を反対方向にひねり、前肢をできるだけ伸ばし、後肢を収縮させて、体の後半部分を前半部分よりも回転させやすくします。

これにより、体の前半分はほぼ静止したまま、後ろ半分を後ろ足を下げた位置に動かすことができます。

つまり、猫は筋肉と骨に対する強力な制御力を利用して、体を 2 つの異なる運動単位に「分解」します。

2 つのモーションユニットは同時に反対方向のねじり回転を実行できるため、四肢がすべて下を向いた姿勢に身体を調整しながら、角運動量が変化しないことが保証されます。

落下猫過程の運動分解（出典：文献[3]）

科学者らは研究の中で、無重力状態の猫は体をスムーズにひねることができないということも発見した。これは、重力が立ち直り反射の完成に重要な役割を果たしていることを示している。

NASA の猫落下実験 (出典: Wikipedia)

結局のところ、無重力環境では「地面」という概念は存在しません。

猫の特技2：衝撃を効果的に緩和できる手足と胴体✦

体を空中でひっくり返して安全に着地できますか?いいえ、いいえ、猫にはもう一つ秘策があります。四肢の動きを利用して落下の衝撃を緩和し、効率的なクッション効果を実現するのです。

猫の手足は、安定して素早く折りたたんだり伸ばしたりできる柔軟な機械的連結構造のようなものです。発達した筋肉はダンパーや減衰器のような働きをし、猫の胴体に強力なサポートとクッション性を提供します。

猫の太ももの構造（画像出典：文献[4]）

猫の着地時の緩衝能力は非常に効率的で、衝撃によるダメージから効果的に身を守ることができます。パルクールの達人も、高いところから飛び降りるときに同様の方法を使い、着地の瞬間に足を曲げて衝撃力を軽減します。

しかし、その後、落下の運動エネルギーを完全に消散させるために、地面の上を転がる必要があります。

ロールオーバーバッファ

研究者らはまた、猫の太もも構造をベースにしたバイオニック宇宙船着陸緩衝装置を設計し、宇宙船の安全な着陸を実現した。

宇宙船バイオニック着陸ブラケット（画像出典：参考文献[4]）

猫のユニークなスキル3：精巧に作られた猫の足 ✦

猫の足裏は厚いだけでなく、触ると柔らかくて弾力があります。これは主に、肉球の中にコラーゲン繊維と弾性繊維からなる三次元網目構造が存在し、この網目構造の空洞に多量の脂肪が詰まっていることに起因します。

猫の足の微細構造とその簡略化した構造（出典：文献[5]）

この洗練された猫の足の構造は、クッション性とエネルギー吸収に非常に適しています。メッシュの骨格は、足が底に触れたときに安定したサポートを提供し、猫がしっかりと地面をつかむことを可能にします。メッシュスケルトン間の摩擦により衝撃力の一部を消費することができます。柔らかく弾力性のある脂肪粒子がクッション性を発揮します。

したがって、猫の足のこのユニークな機能は、猫が安全に着地するのに役立ちます。科学者たちはまた、猫の足の多層構造に基づいた猫の足のバイオニック複合材料も開発しました。

人工猫足バイオニック材料の微細構造（出典：文献[5]）

猫が誤って落ちても怪我をしたり死んだりしないのは、まさにこの 3 つのスキルがあるからです。

しかし、猫は人間の前では結局弱い生き物です。彼らが毎日私たちと一緒にいることを思い出してください。猫を飼う場合は、最初から最後まで優しく、優しく扱い、捨てたり虐待したりしないでください。購入するのではなく、養子縁組することを強くお勧めします。

もし猫に尻尾がなかったら、落ちるときに四つん這いで着地するでしょうか？ ↓ ↓