Искусственная мышца является общим термином, используемым для исполнительных механизмов, материалов или устройств, которые имитируют естественную мышцу и может обратимо контракт, расширяющие или вращают в течение одного компонента из - за внешний стимул (например, как напряжение, ток, давление или температура). Три основные реакции приведения в действии - сокращение, расширение, и вращение - могут быть объединены вместе в едином компоненте для производства других типов движений (например, изгиб, стягивание одну стороны материала, расширяя другую сторону). Обычные двигатели и пневматические линейные или поворотные приводы не квалифицируются как искусственные мышцы, потому что есть более чем один компонент участвует в приведении.
Благодаря высокой гибкости, универсальность и мощности к весу по сравнению с традиционными жесткими приводами, искусственные мышцы имеют потенциал, чтобы быть весьма разрушительной новой технологией . Хотя в настоящее время ограниченное применение, технология может иметь широкое применение в будущем в промышленности, медицине, робототехнике и многих других областях.
Сравнение с естественными мышцами
Хотя нет никакой общей теории, которая позволяет приводы можно сравнить, есть «критерии мощности» для технологий искусственных мышц, которые позволяют спецификацию новых технологий привода в сравнении с естественными мышечными свойствами. Таким образом, критерии включают стресс , напряжение , скорость деформации , жизненный цикл, и модуль упругости . Некоторые авторы рассматривают другие критерии (Huber и др., 1997), такой как плотность привода и разрешение деформации. По состоянию на 2014 год, самые мощные искусственные мышечные волокна в существовании могут предложить сторицей увеличение мощности по эквивалентной длине естественных мышечных волокон.
Исследователи измеряют скорость, плотность энергии , мощность и эффективность искусственных мышц; не один типа искусственной мышцы является лучшим во всех областях.
Типы
Искусственные мышцы можно разделить на три основные группы в зависимости от их механизма приведения в действие.
Электрическое поле приведения в действие
Электроактивные полимеры (ППМ) представляют собой полимеры, которые могут быть приведены в действие посредством применения электрических полей. В настоящее время наиболее известные включают в себя пьезоэлектрические EAPs полимеров, диэлектрические приводы (Deas), электрострикционные привитые эластомеры , жидкие кристаллические эластомеры (LCE) и сегнетоэлектрических полимеров. Хотя эти EAPs можно согнуть, их низкая пропускная способность для движения крутящего момента в настоящее время ограничивает их полезность в качестве искусственных мышц. Более того, без принятого стандартного материала для создания устройств EAP, коммерциализация остается непрактичной. Однако, значительный прогресс был достигнут в технологии EAP с 1990 года.
Ion на основе приведения в действие
Ионные ППМ представляют собой полимеры, которые могут быть приведены в действие посредством диффузии ионов в растворе электролита (в дополнение к применению электрических полей). Текущие примеры ионных электроактивных полимеров включают polyelectrode гели, иономерный полимер, металлический композиционные материалы (IPMC), проводящие полимеры и электрореологические жидкости (ERF). В 2011 году было показано, что скрученные углеродные нанотрубки также может быть приведен в действие путем приложения электрического поля.
Электрическая мощность приведения в действие
Химический контроль
Хемомеханических полимеры, содержащие группы, которые являются либо рН-чувствительных или служить в качестве селективного сайт распознавания для конкретных химических соединений могут служить в качестве исполнительных механизмов и датчиков. Соответствующие гели набухать или сжиматься обратимо в ответ на такие химические сигналы. Большое разнообразие элементов supramolulecular распознавания может быть введено в геле - образующей полимеры, которые могут связываться и использовать в качестве инициатора ионов металлов, различных анионов, аминокислот, углеводов и т.д. Некоторые из этих полимеров обладают механическим ответом только тогда, когда две различными химическими веществ или инициаторы присутствует, выполняя таким образом, как логические ворота. Такие полимеры хемомеханические перспективны также для [[адресной доставки лекарств | целевая доставка лекарств ]]. Полимеры, содержащие легкие поглощающие элементы могут служить в качестве фотохимический управляемых искусственных мышц.
Приложения
Искусственные технологии мышца имеют широкие возможности применения в биомиметических машинах, в том числе роботов, промышленные приводов и экзоскелетов . EAP на основе искусственных мышц предлагают сочетание легкого веса, низким энергопотреблением, устойчивость и маневренность для передвижения и манипуляции. Будущие устройства EAP будут иметь применение в аэрокосмической, автомобильной промышленности, медицине, робототехнике, механизмы артикуляции, развлечения, анимация, игрушки, одежда, тактильных и тактильных интерфейсов, контроля уровня шума, датчиков, генераторов и интеллектуальных структур.
Пневматические искусственные мышцы также обеспечивают большую гибкость, управляемость и легкость по сравнению с обычными пневматическими цилиндрами. Большинство приложений PAM предполагают использование McKibben подобных мышц. Тепловые исполнительные механизмы, такие как СМА имеют различную военную, медицинскую, безопасность и роботизированных приложений, и может, кроме того, можно использовать для получения энергии за счет механических изменений формы.
Большие мускулы - результат долгих лет усердных тренировок и литров пролитого пота. Но есть люди, которые считают, что могут добиться того же внешнего вида, что профессиональные атлеты, но гораздо быстрее и проще. Это действительно возможно, вопрос только в том, какой ценой?
Силиконовые мышцы
Первый способ обзавестись огромными мышцами без посещения тренажерного зала - лечь под нож хирурга. Современная хирургия дошла до того, что увеличивать можно уже не только грудь и губы, но и любую другую часть тела. И теперь не только женщины, но и мужчины активно вставляют себе силиконовые импланты, чтобы выглядеть привлекательнее.
Есть два способа вживления импланта - над мышцей и под мышцу. Первый вариант более простой, дешевый и не такой травмоопасный, но проблема в том, что такая мышца будет выглядеть неестественно и будет мягкой на ощупь. Во втором случае существующие мышцы буквально вскрываются и имплант засовывают под них, после чего мышечные ткани сшивают обратно. Такая операция очень сложная и опасная, а восстановление после нее займет долгие месяцы, зато результат будет качественнее - наличие импланта не будет заметно и мышца сохранит присущую ей твердость.
Вживление импланта - огромный риск, ведь тело может просто не принять его или ответить серьезной аллергической реакцией. Еще хуже могут быть последствия в результате повреждения импланта - можно вообще лишиться той части тела, куда была вживлена искусственная мышца.
Джастин Джедлика, Силиконовый Кен
Пожалуй, самым известным примером мужской пластической хирургии является американец Джастин Джедлика, он же Силиконовый Кен. Одержимый идеей быть похожим на друга куклы Барби, он перенес около 90 пластических операций общей стоимостью более 100 тысяч долларов. Больше всего изменений, конечно, претерпело лицо парня, однако и над рельефным телом постарались хирурги, вставив Джастину силиконовые импланты в грудь, руки, плечи и живот.
Пуш-ап
Да-да, мужской пуш-ап тоже существует. Он надевается под майку, застегивается на спине и имитирует рельефную грудь и пресс. Изобрели нехитрый заменитель мускулатуры в Японии, и в Азии он быстро приобрел популярность.
Синтол
Если к пластической хирургии мужчины пока обращаются редко, то еще более опасные химические способы искусственного увеличения мускулатуры применяются, к сожалению, гораздо чаще. Самый известный препарат - синтол, изобретенный в 1990-х годах и быстро ставший скандально известным. Синтол не обладает анаболическими свойствами, он увеличивает объем мышц за счет всасывания масел в мышечные волокна. То есть на самом деле мышцы не становятся больше, они просто набухают.
Выводится из организма синтол очень долго - до 5 лет. Кроме того, у него огромное количество побочных эффектов, многие из которых крайне опасны и грозят спортсменам тяжелыми последствиями, вплоть до летального исхода. Так, попадание масла в кровь может вызвать жировую эмболию, которая в свою очередь грозит инфарктом или инсультом. Среди других возможных проблем - различные инфекции, повреждения нервов, образование цист и язв.
Интернет пестрит многочисленными примерами «жертв» синтола, а легенды бодибилдинга активно выступают против таких методов увеличения мышц. «Мое отношение к синтолу такое же, как и ко всем имплантатам. Это попытка улучшить телосложение косметическими методами, избегая тяжелой работы, делающей бодибилдинг настоящим спортом», — заявлял шестикратный «Мистер Олимпия» Дориан Ятс.
Искусственные мышцы хороши тем, что не содержат внутренних подвижных элементов. Это еще одна, довольно радикальная, альтернатива электродвигателям и пневматике с гидравликой. Существующие сегодня образцы представляют собой либо полимеры, чувствительные к напряжению или температуре, либо сплавы с памятью формы. Для первых требуется довольно высокое напряжение, вторые же имеют ограниченный диапазон движения и к тому же весьма дороги. Для создания мягких роботов используют и сжатый воздух, но это подразумевает наличие насосов и усложняет конструкцию. Чтобы сделать искусственные мышцы, мы обратились к рецепту ученых из Колумбийского университета, которым удалось соединить в одной конструкции высокую мощность, легкость, эластичность и потрясающую простоту. Мышцы представляют собой обычный мягкий силикон, в который заранее вводятся пузырьки спирта. При нагревании нихромовой спиралью спирт внутри них начинает кипеть, и силикон сильно разбухает. Однако если поместить все это в жесткую оплетку с перпендикулярным переплетением нитей, то разбухание превратится в обычное сокращение — примерно так же работают пневматические двигатели Маккиббена.
Поскольку силикон плохо проводит тепло, важно не подавать на спираль слишком большую мощность, иначе полимер начинает дымить. Это, конечно, выглядит эффектно и почти не мешает работе, но в конце концов может привести к пожару. Малая мощность тоже нехороша, так как время сокращения тогда может затянуться. В любом случае в конструкции не будут лишними ограничительный термосенсор и ШИМ-регулятор.
Методы
Силиконовые мышцы удивительно просты по конструкции, и при работе с ними реально столкнуться только с двумя проблемами: подбором мощности и созданием достаточно удобных форм для заливки.
Заливочные формы удобно делать из прозрачных пластиковых листов. Только учитывайте, что механизм крепления спирали внутри полимера следует продумывать заранее: после заливки будет поздно.
И материалы
Мягкий силикон для создания мышц можно приобрести в магазинах, где продаются товары для творчества. Оплетка нужного плетения обычно используется для организации и проводки кабелей, искать ее следует у электриков. Самые большие сложности возникают с 96-процентным этанолом, который в России купить сложнее, чем танк. Впрочем, его вполне можно заменить изопропанолом.
«Популярная Механика» выражает благодарность Магазину скелетов за помощь в проведении съемок.Разработана технология создания недорогих искусственных мышц на основе жесткого каркаса, заключенного в мягкую камеру. Мышцы сокращаются за счет уменьшения в них давления, причем их можно создавать, используя разные материалы. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .
Инженеры, разрабатывающие роботов, нередко используют в своих изобретениях конструкции, напоминающие по функциям живых существ. Несмотря на это, для движения роботы все равно чаще всего используют электромоторы или двигатели внутреннего сгорания, соединенные со сложными механическими передачами. Некоторые исследователи придерживаются другого подхода и разрабатывают источники движения, более близкие по своему устройству к мышцам. Уже существует немало прототипов искусственных мышц, которые могут сокращаться подобно настоящим мышцам, но почти все они требуют дорогих материалов и технологических процессов, при этом эффективность многих из них все еще низка.
Исследователи под руководством Роберта Вуда (Robert Wood) из Гарвардского университета разработали простую и недорогую технологию создания эффективных искусственных мышц, которые можно создавать из большого количества разных материалов. Принципиальная схема создания таких актуаторов довольно проста. В качестве основы используется каркас заданной формы, который может складываться и раскладываться. Затем вокруг этого каркаса склеиваются или сплавляются два фрагмента пленки из полимера или другого воздухонепроницаемого и мягкого материала. Таким образом формируется мягкая камера с жестким каркасом внутри, которая подключается к источнику разницы давления.
Принцип действия искусственных мышц
Shuguang Li et al. / PNAS, 2017
Управление актуатором происходит за счет уменьшения или увеличения давления жидкости или газа внутри камеры. В результате актуатор начинает менять форму: складываться или наоборот увеличиваться в размерах, а в случае с каркасом сложной формы, совершать другие движения - например, изгибаться в определенную сторону.
Пример захватывающего устройства
Shuguang Li et al. / PNAS, 2017
С помощью такой технологии исследователи создали несколько прототипов актуаторов, и измерили их эффективность. Один из этих прототипов, представляющий собой десятисантиметровый линейный актуатор весом менее трех грамм, смог поднять груз массой более трех килограмм. Исследователи подсчитали, что пиковая мощность таких актуаторов составляет около двух киловатт на килограмм массы, что делает их мощнее настоящих скелетных мышц млекопитающих.
Ранее ученые представляли множество прототипов искусственных мышц, работающих на основе разных принципов. Некоторые также работают за счет давления, например, основную часть которой занимает полимерная пена, покрытая силиконом, а также мягкие вакуумные из множества полых ячеек. Другие используют для своей работы нагревание: таким образом работают на основе нейлоновой лески и недавно представленный , наполненный пузырьками с этанолом, который при нагревании превращается в газ и расширяется. Помимо этого недавно был представлен из множества слоев двумерного материала, который расширяется при внедрении в него сторонних ионов. Кстати, не всегда искусственные мышцы сделаны полностью из искусственных материалов. Тайваньские ученые мышцы из тонкой пленки из кожицы лука, которая сокращается под действием электричества.
Григорий Копиев
Многие из нас хотели бы быть похожи на Брэда Пита, Вин Дизеля или Арнольда Шварценеггера, в конце концов просто обладать мускулистой и рельефной фигурой. К сожалению, не каждого из нас природа наградила мезоморфным типом телосложения, квадратным подбородком и твердым как камень прессом. Поэтому мы проводим часы в тренажерном зале и жадно пьем протеиновые коктейли для набора массы. Проходят месяцы и годы, но до заветной фигуры как на обложке журнала еще потеть и потеть. Где же подвох?
А подвох в том, что современная медицина может отсечь все лишнее и вылепить из человеческого тела практически любую воображаемую фигуру. Хирургическое уменьшение груди, липосакция, ботокс и поразительное множество имплантантов, улучшающих форму тела, находятся в пределах досягаемости. Если бы вы знали, сколько силиконовых мышц вставлено в некоторых "атлетов" и сколько они перенесли пластических операций, чтобы получить идеальное тело, ваша зависть однозначно поубавилась бы.
Если же вам лениво утруждать себя тренировками и хочется быстрого результата путем хирургических модификациий своего тела – эта статья для вас!
Уменьшение размеров груди
Итак, у вас есть небольшой излишек жира в области груди или, возможно, вы мужчина с сильно развитой грудью. В любом случае, ваша цель - ровная, мужественная грудь. Операции по уменьшению груди включают в себя вакуумную откачку жира и отсечение лишней кожи для создания нормальной мужской груди. Вся процедура обычно занимает от одного до двух часов.Риски : данная процедура сопряжена со сравнительно невысокими рисками. Как в случае любого хирургического вмешательства, возможны бактериальные инфекции, но они редки. Вы также можете столкнуться с нечувствительностью сосков и окружающих участков, и эта недостаточная чувствительность может стать постоянной или кратковременной.
Расходы : уменьшение груди может оказаться одной из самых экономичных процедур. Обычно хирурги берут от 1 500 $ до 3 000 $, в зависимости от продолжительности операции.
Имплантанты
Вы провели месяцы в тренажерном зале, но ваша грудь все еще впалая и слабая? Вне зависимости от времени, уделяемого икроножным мышцам, ноги остаются худыми как прутики? Не волнуйтесь, грудные, брюшные и даже ягодичные имплантанты помогут вам приобрести внешность накаченного завсегдатая тренажерного зала всего за несколько часов. Имплантанты, как правило, изготавливаются из силикона и гибкого пластика для имитации упругих мускулов и вводятся в оперируемую область через маленький разрез длиной около нескольких сантиметров. Каждая операция с установкой имплантантов обычно длится от одного до двух часов на одной области.Риски : снова - есть риск инфекции. Опухлость и плотность вокруг имплантанта - распространенное явление, и восстановление занимает от одной до двух недель. Есть риск что имплантанты могут сместиться и придать телу ассиметричную форму.
Расходы : установка имплантантов занимает немного больше времени, чем уменьшение груди или липосакция. Поэтому будьте готовы заплатить от 2 000 $ до 15 000 $ за один имплантант.
Ботокс
Ваши брови постоянно нахмурены с момента повышения по службе 5 лет назад, и сейчас вы похожи на шарпея? Возможно, ботокс - это то, что вы ищете: способ разгладить эти морщины без скальпеля. Ботокс - это убивающий нервы токсин, производимый бактерией Clostridium botulinum. При введении его под морщины он заставляет мышцы лица расслабиться, что в свою очередь разглаживает кожу. Эффект от процедуры наступает в течение пяти дней и длится до шести месяцев. После этого действие лицевых мышц восстановится, и морщины могут вернуться.Риски : несмотря на токсичную природу ботокса, процедура сопряжена с очень незначительным риском. В некоторых случаях инъекция может сперва вызвать обвисание вокруг век, однако этот эффект почти всегда исчезает через несколько недель.
Стоимость : ботокс не дешев. Крошечный пузырек стоит около 450 $. Помня об этом, будьте готовы отдать от 200 $ и 300 $ за инъекцию. И если вы не желаете подпустить морщины снова, вам придется раскошеливаться каждые шесть месяцев.
Липосакция
Ваш план кардио-тренировок имел оглушительный успех, и вы потеряли тонны веса, однако по-прежнему носите карманы с жиром вокруг живота, и жировые складки крепко обхватывают вашу талию?Липосакция может удалить этот жир немедленно, придав совершенную точеную форму вашей фигуре. Во время процедуры хирург вставит специальную трубку - своеобразный ваккуумный отсос, и откачает лишний жир. В зависимости от того, сколько жира было убрано и насколько упруга ваша кожа, хирург может удалить излишек кожи. Вся процедура может занять от одного до четырех часов, в зависимости от количества удаляемого жира.
Риски : хотя липосакция кажется простой процедурой, она в действительности довольно травматична по отношению к области воздействия. Во время процедуры ткани, которые крепят кожу к телу, отрываются, оставляя массивную рану, подлежащую последующему заживлению. Обычным явлением бывают опухлости, иногда настолько большие, что требуется носить плотную компрессионную одежду для сведения их к минимуму. Синяки также распространены, но обычно они исчезают примерно через неделю. Полное восстановление после процедуры может занять до трех недель, но даже тогда в зоне воздействия может сохраняться нечувствительность.
Расходы : в зависимости от степени воздействия липосакция может стоить от 1 500 $ до 15 000 $.
Под нож?
Стремление получить красивую фигуру здесь и сейчас может поселиться в вашем сознании, но не забывайте, что пластическая операция - это хирургическое вмешательство и, следовательно, болезненна и рискованна. На загнивающем западе тысячи мужчин буквально "сходят с ума" по пластическим операциям. Причем огромную популярность набирают именно мышечные имплантанты.Что вы думаете по этому поводу? Силиконовым мышцам быть?