24 februari 2014

Hur man gör konstgjorda muskler från fiskelina

Forskare från University of Texas i Dallas (USA) har presenterat syntetiska muskler som är 100 gånger kraftfullare än riktiga. muskelfibrer samma längd och massa.

Samtidigt visade sig själva tillverkningstekniken vara förvånansvärt enkel. Inga fancy syntetiska polymerer behövdes för konstgjorda muskler: Ray Baughman och hans kollegor tog helt enkelt en polymertråd från de som användes för att tillverka fiskelina eller syntetisk tråd och tvinnat den till en spiral. Denna spiral kan vrida sig och sträcka sig med en förändring i temperaturen. Det är konstigt att den tekniska processen kunde ändras så att effekten blev den motsatta, det vill säga så att tråden vred sig vid kylning och sträckte sig vid upphettning. Genom att variera antalet trådar i bunten är det möjligt att uppnå andra mekaniska egenskaper hos den konstgjorda "muskelfibern".

Syntetiska fibrer gjorda av sex strängar av olika tjocklek:
den övre är gjord av trådar 2,45 mm tjocka, den nedre är gjorda av trådar 150 mikron tjocka.
(Foto av författarna till verket.)

Och dessa egenskaper är verkligen imponerande. För det första, jämfört med vanliga muskler, som bara kan dra ihop sig med 20% av sin längd, kan konstgjorda muskler minska till hälften. Sådana muskler känner naturligtvis inte heller till snabb trötthet. Om du kombinerar hundra elementära fibrer, kan en sådan muskel lyfta mer än 700 kg. I förhållande till vikt kan fibrerna utveckla en effekt på 7,1 hk. per kg, vilket enligt forskarna motsvarar kraften hos en jetmotor.

Motorn för dem, som redan nämnts, är ett temperaturfall, som kan tillhandahållas på vilket sätt som helst - även med hjälp av en kemisk reaktion, även med hjälp av elektricitet (och åtminstone värma dessa fibrer med din andedräkt). När det gäller själva fibrerna betonar forskare särskilt den exceptionella enkelheten i deras tillverkning: de säger att alla studenter kommer att göra detta under ett vanligt laboratorium, det viktigaste är att observera de fysiska förhållandena under vilka du kommer att deformera tråden. Genialiteten hos idéförfattarna är att de lyckades gissa den enorma fysiska potentialen i denna triviala polymerkonstruktion.

Egentligen gör sannolikt enkelheten hos dessa muskler det svårt att omedelbart uppskatta hela den revolutionära karaktären hos uppfinningen. Även om forskarna, naturligtvis, visade dess möjliga användning: att vara anpassad till fönstret stängde och öppnade de det beroende på omgivningstemperaturen. Dessutom var det möjligt att skapa vävt tyg av fibrerna, vars porositet återigen ändrades beroende på temperaturen, och härifrån är det lätt att föreställa sig "smarta" kläder som kommer att ventilera dig i värmen och spara värme i kylan .

Men givetvis ges lejonparten av fantasier kring och kring konstgjorda muskler till robotik. Det är tydligt att sådana fibrer kan bli en direkt analog av mänskliga muskler i robotar, med vars hjälp de till och med kan ändra ansiktsuttryck. Syntetiska muskler är användbara både när man lyfter vikter och utför känsliga kirurgiska ingrepp (om vi föreställer oss framtidens medicintekniska produkter).

Tidigare har försök gjorts att göra sådana fibrer av kolnanorör. Enligt Ray Boffman, som gick igenom detta skede, var experiment med nanorör framgångsrika, men för det första är sådana "nanomuskler" mycket svåra att tillverka och extremt dyra, och för det andra krympte de med bara 10% av sin längd. , dvs. , de var underlägsna till och med vanliga levande muskler, för att inte tala om de nyupptäckta polymerfibrerna.

Än så länge har vi bara en fråga som rör effektivitet och ekonomi: hur mycket värme (och följaktligen elektrisk eller kemisk energi) behöver spenderas på deras mekaniska arbete? Det erkänner författarna, precis som alla andra konstgjorda muskler, deras fibrer i denna mening är inte särskilt effektiva, men det finns vissa förhoppningar om att det i detta fall kommer att vara möjligt att optimera energikostnaderna ganska snabbt.

Förberedd från University of Texas i Dallas: Forskare skapar kraftfulla muskler från fiskelina, tråd.

tillbaka

Läs också:

6 februari 2014

Bionic hand med känsel

För nio år sedan fick dansken Dennis Sorensen amputera sin vänstra arm. Naturligtvis tänkte han inte en minut när han erbjöds att testa en bionisk protes, som inte bara gör det möjligt att utföra rörelser utan också att röra vid föremål.

läst 22 januari 2014

Cyborgsperma

En grupp forskare vid University of Illinois har utvecklat en ny typ av liten biohybridmaskin som kan röra sig som spermier.

läst 22 januari 2014

Konstgjorda muskler hjälper till att rehabilitera ett förlamat ben

Från en förlamad fot kan du uppnå nästan naturlig rörlighet om du använder en ortopedisk anordning av flexibelt elastiskt material som simulerar strukturen i benets muskler och ligament.

läst 22 januari 2014

Polymercellen efterliknar ett levande

Holländska forskare har producerat en artificiell eukaryot cell, som innehåller konstgjorda organeller och biokemiska reaktioner som liknar reaktionerna som sker i cellerna hos levande organismer.

läst 26 december 2013

Nematod med öppen källkod

Författarna till OpenWorm-projektet, som syftar till att skapa en exakt datorkopia av C. elegans-spolmasken, har rapporterat betydande framgångar med att modellera denna nematod. Källkoden för programmet publiceras i allmän egendom.

En teknik har utvecklats för att skapa billiga konstgjorda muskler baserad på en stel ram innesluten i en mjuk kammare. Muskler drar ihop sig genom att minska trycket i dem, och de kan skapas med olika material. Artikeln publicerades i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ingenjörer som utvecklar robotar använder ofta konstruktioner i sina uppfinningar som liknar levande varelsers funktioner. Trots detta använder robotar fortfarande oftast elmotorer eller förbränningsmotorer för att röra sig, i kombination med komplexa mekaniska transmissioner. Vissa forskare tar ett annat tillvägagångssätt och utvecklar rörelsekällor som i sin struktur ligger närmare musklerna. Det finns redan många prototyper av konstgjorda muskler som kan dra ihop sig som riktiga muskler, men nästan alla kräver dyra material och tekniska processer, medan effektiviteten hos många av dem fortfarande är låg.

Forskare under ledning av Robert Wood från Harvard University har utvecklat en enkel, billig teknik för att skapa effektiva konstgjorda muskler som kan skapas av en mängd olika material. Det schematiska diagrammet för skapandet av sådana ställdon är ganska enkelt. Som grund används en ram av en given form, som kan vikas och vikas ut. Sedan, runt denna ram, limmas eller smälts två stycken film gjorda av polymer eller annat lufttätt och mjukt material. Således bildas en mjuk kammare med en styv ram inuti, som är ansluten till källan till tryckskillnaden.

Hur konstgjorda muskler fungerar

Shuguang Li et al. / PNAS, 2017

Manöverdonet styrs genom att minska eller öka trycket på vätskan eller gasen inuti kammaren. Som ett resultat börjar ställdonet ändra sin form: att vika eller vice versa för att öka i storlek, och i fallet med en ram med komplex form, för att utföra andra rörelser - till exempel att böja i en viss riktning.

Ett exempel på en gripare

Shuguang Li et al. / PNAS, 2017

Med hjälp av denna teknik skapade forskarna flera prototypställdon och mätte deras effektivitet. En av dessa prototyper, ett tio centimeter linjärt ställdon som vägde mindre än tre gram, kunde lyfta en last som vägde mer än tre kilo. Forskare uppskattar att toppeffekten för dessa manöverdon är cirka två kilowatt per kilogram massa, vilket gör dem mer kraftfulla än de faktiska skelettmusklerna hos däggdjur.

Forskare har tidigare presenterat många prototyper av konstgjorda muskler som arbetar utifrån olika principer. Vissa fungerar också på grund av tryck, till exempel, vars huvuddel är upptagen av polymerskum täckt med silikon, samt mjukt vakuum från många ihåliga celler. Andra använder värme för sitt arbete: på detta sätt arbetar de på basis av nylon fiskelina och den nyligen införda, fylld med bubblor med etanol, som förvandlas till gas och expanderar vid uppvärmning. Dessutom introducerades det nyligen från många lager av tvådimensionellt material, som expanderar när främmande joner förs in i det. Förresten, konstgjorda muskler är inte alltid gjorda helt av konstgjorda material. Taiwanesiska forskare är muskler gjorda av en tunn film av lökskal, som drar ihop sig under påverkan av elektricitet.

Grigory Kopiev

Att läsa artikeln kommer att ta: 6 minuter

Pulchritudo mundum servabit

(från latin - skönhet kommer att rädda världen)

Oavsett den nuvarande skönhetsstandarden hos människokroppen var den alltid efterfrågad. Vackra kroppsformer har fler chanser att framgångsrikt gifta sig / gifta sig, växa i sina karriärer, vara populära och till och med bli folkets val ... bio och teater, igen. Naturligtvis strävar människor som är berövade standardskönhet efter att föra sin "enkla lilla kropp" närmare standarden åtminstone lite, plågar sig själva med dieter, fysisk aktivitet, drar åt sig korsetter och, i extrema fall, kommunicerar på Skype strikt i en konversation utan video, eller, i fallet med en usel diktion, endast genom korrespondens. Men för den moderna silikonformindustrin är ingenting omöjligt!

I ett halvt sekel har fem generationer av implantat "för kroppsskönhetskorrigering" utvecklats. Det bör noteras att det inte finns någon absolut säker version bland dem:

• första generationens(1960-1970) kännetecknad av ett starkt och tjockt silikonskal med en slät yta, dess konturer kunde urskiljas genom huden, vid tryckning hördes ett knarr, liknande ljudet av ett skrynkligt pappersark. Trots skalets tjocklek "svetsades" dess fyllmedel delvis utåt, vilket orsakade partiell rynkning av vävnaderna;
• andra generationen(1970-1980) hade silikonimplantat ett tunnare skal och en slätare yta. Fyllmedlet, som i den första generationen, var silikongel. De avgav inte ett knas, men de hade en högre grad av "svettning" och, mycket värre, de slets ofta. Vissa av implantatmodellerna var täckta med ett svampigt material tillverkat av mikropolyuretan, vilket minskade sannolikheten för inflammation och förhindrade förskjutning av implantatet;
• i skal tredje och fjärde generationen(skapad cirka 1985) tog hänsyn till nackdelarna med tidigare modeller - textur på ytan, dubbla väggar och en dubbelkammare, med silikongel i det yttre och saltlösning i det inre. Injektion av saltlösning i den erforderliga volymen möjliggjorde justering av implantatets form efter placering "på plats". Två lager av ytterväggar förhindrar "svettning", vilket håller det till ett minimum. Brutna implantat av dessa generationer var sällsynta, men förekom;
• femte generationen(skapad omkring 1995). Slitstark, fylld med en mycket intermolekylär bindning (kohesion) silikongel som inte svettas. När du ändrar kroppens position förändras inte implantatens geometri under påverkan av gravitationen - fyllmedlet behåller minnet av den ursprungliga formen. Det finns dock ingen 100% säkerhet i deras säkerhet.

Silikonimplantatfyllmedel:

• flytande silikon, konsistensen liknar vegetabilisk olja;
• geléliknande standard cohesion silikongel... Det är svårt att identifiera implantatet genom beröring, när det gäller densitet motsvarar det levande vävnad. Graden av "svettning" är låg, men ett sådant fyllmedel behåller sin form ganska dåligt;
• gel med hög sammanhållning, liknande i konsistens som marmelad. Den har en extremt låg grad av deformation, "svettar" inte men har ett högt formminne; kroppens område i området för implantatet kan ha ett onaturligt utseende;
• medelhög sammanhållningsgel(mjuk beröring), liknande gelékött. Formminnet är medelmåttigt, skalet "svettas" inte;
• salin(0,9 % natriumkloridlösning i vatten). Implantatens tillförlitlighet är svag, eftersom efter nio månader från placeringsögonblicket i kroppen kristalliseras saltet, d.v.s. tar en delvis fast form. De resulterande saltkristallerna kan tränga igenom implantatets skal.

Beroende på placeringsområdet kommer implantaten ofta att ha en oval form, mindre ofta - en konisk form. I alla fall som beskrivs nedan används implantat av åtminstone tredje generationen.

Silikonbröst... Långt innan de första kirurgiskt modifierade transsexuella dök upp, var kvinnor desperata efter att förbättra sin bystform. I avsaknad av andra alternativ användes olika knep, som ett tryckt livstycke och voluminös spets. Men de fungerade bara till ögonblicket av exponering av bröstet, och efter ... efter att pinsamheten var oundviklig. Ett försök att rekonstruera bröstkörtlarna från insidan gjordes först av den tjeckiske kirurgen Vincent Cerny 1895, med hjälp av patientens fettvävnad.

Utvecklingen av filmindustrin i början av 1900-talet gav en ny impuls till bröstimplantation. Kirurger letade efter det optimala materialet för att förstora en kvinnas byst, fylla den med glaskulor, fettväv, ull, plasttejp rullad till en boll, skum och till och med, förmodligen i analogi med glas, elfenbenskulor. Bland de listade implantationsmetoderna var patientens fettvävnad den mest ofarliga, men den nya bysten behöll inte sin form länge - kroppen tog upp fett och brösten föll mer än tidigare.

Men filmstjärnornas former hemsökte de färgade blondinerna från USA och Europa. Deras logik var enkel - om du kan ändra färgen på ditt hår, varför kan du då inte rekonstruera dina bröst? I mitten av förra seklet ökade bystens volym med cirka 50 000 kvinnor, främst amerikanska och japanska kvinnor (sexarbetare från Land of the Rising Sun). De använde material från den kemiska industrin som var nya på den tiden - polyvinylsvampar (vinyl, som ni vet, gjordes skivor av) och flytande silikon (injicerat). Konsekvenserna var fruktansvärda ... brösten var så hårda att de var tvungna att rädda ägarna genom att helt ta bort dem.

Silikonimplantat som vi känner det idag dök upp 1961. De skapades av det amerikanska företaget Dow Corning - skalet var gjord av gummi, fyllmedlet var silikongel. Tre år senare lanserar franska Arion sin version av silikonproteser fyllda med havsvatten. På 80-talet ansågs amerikanska implantat vara en möjlig orsak till bröstcancer och i början av 90-talet förbjöds de från vanlig användning. Efter en uppsjö av stämningar från ägarna av silikonbröst betalade Dow Corning mer än 3 miljarder dollar i kompensation och gick i konkurs.

Silikon skinkor... Denna typ av plastikkirurgi kallas gluteoplastik. Syftet med att använda implantat av denna grupp, som i fallet med silikonbröst, är förknippat med att öka kroppens estetiska egenskaper - att göra en platt volymetrisk.

När det gäller popularitet bland de starka och svaga könen ligger skinkorna på andra plats, vilket innebär att deras attraktiva parametrar är efterfrågade bland potentiella ägare av gluteala implantat. Modet för en utbuktande rumpa bland kvinnor introducerades av Jennifer Lopez, en dansare, efter en skådespelerska och sångerska. Den femte punkten av Jay Lo leder alltid bland andra "stjärnrumpor", vilket underlättas av dess ständiga demonstration.

Jag var tvungen att se på nätverket obehagliga videor med silikonimplantat i skinkorna, som förmodligen kunde roteras fritt under huden. Faktum är att deras korrekta integration sker under sätesmusklerna, det finns inget sätt att känna igen det från utsidan, än mindre förskjuta implantaten.

Om bröst med silikonfyllmedel främst är populära bland kvinnor, så är silikonrumpor lika attraktiva för båda könen - trots allt är åldersrelaterad platthuva utmärkande för både män och kvinnor.

Silikonmuskler... Låt oss komma ihåg filmhjältarna från det sena 80-talet - brutala, desperat upppumpade killar i klassen "hasta la vista, babe", med ett ansikte som inte vanställts av tankar. Schwarzenegger, Stallone, Lungren, Rock Johnson, Hulk Hogan och många andra - de var alla främst förenade av voluminösa, rikliga rikliga muskler i hela kroppen. Moderna actionhjältar är inte samma sak. Intelligens smög sig in i deras ansiktsdrag, fysisk data är mer sannolikt på medelnivå - de började spela sina roller och inte bara dyka upp i ramen med en hög med muskler med ett par pliktfraser mot bakgrunden av en anti-chock vittandat leende.

Naturligtvis hade kinidolens muskler inte ett naturligt ursprung, eftersom ingen träning skulle tillåta dem att bilda sådana konvexa kuber och bollar. Män och kvinnor, fast beslutna att sticka ut från den grå massan av jordbor med imponerande muskler, tvingades injicera, äta och dricka kemikalier som på konstgjord väg ökar tillväxten av muskelfibrer och orsakar blodflöde till musklerna. Kostnaderna för steroider var ganska imponerande, från $ 25 000 till $ 30 000 per år. Samtidigt, voluminösa muskler och riktiga fysisk styrka var inte synonymt - en kroppsbyggare kan lyfta betydande vikt på plats, men kan inte flytta en vikt som är hälften så stor som lyfts, eftersom ingen muskeluthållighet.

Moderna actionfilmsskådespelare av olika genrer har fått en fantastisk förmåga att ändra volymen på sina kroppar på några månader, vilket i pressen kallas en del av deras fysiska talang och tränarnas skicklighet. I själva verket, och med en hög grad av sannolikhet kan detta argumenteras, är deras kroppar inte mer tränade än vanliga människor som bara periodvis belastar sina muskler. Det är mycket lättare att få en avlastningskropp med hjälp av silikonformar - bicepsimplantat, kuber på magen, deltoider, vadmusklerna och så vidare Och samtidigt kommer inga defekter i kroppens vävnader och system att uppstå, ryggraden kommer inte att hotas av ett bråck och musklerna kommer inte att hotas av bristningar och mjölksyra. Visserligen kan implantatet brista ...

Jag presenterar en video om två av de mest kända i internetvärlden "implantatjocks" som anser sig vara oemotståndligt vackra (jag delar inte deras åsikt) - den brittisk-brasilianske Rodrigo Alves och amerikanen Justin Jetlik:

Det finns ljusa tekniska projekt "på hörsel", som bilautopiloter eller termonukleär energi, som sannolikt kommer att på allvar förändra våra liv. Men det finns också idéer som är ganska oansenliga vid första anblicken, vilkas konsekvenser kan leda till nästan mer radikala förändringar i Vardagsliv... Det bästa exemplet är "muskelvävnad", som dök upp i science fiction-litteraturen endast när laboratorier redan var i full gång med att skapa konstgjorda metall- och polymermuskler, inklusive för mänskliga proteser.

V modern teknologi används främst två effektiva sätt utföra mekaniskt arbete: termodynamiskt och elektromagnetiskt. Den första är baserad på användningen av komprimerad gasenergi, som i förbränningsmotorer, ångturbiner och skjutvapen. I den andra är magnetiska fält som skapas av elektriska strömmar inblandade - det är så elmotorer och elektromagneter fungerar. Men i den levande naturen används ett helt annat tillvägagångssätt för att få mekanisk rörelse - en kontrollerad förändring av föremålens form. Det är så musklerna hos människor och andra levande varelser fungerar. När en nervimpuls anländer utlöses kemiska reaktioner i dem, som leder till sammandragning eller omvänt till stretching av muskelfibrer.

Fördelarna med denna "naturliga" drift beror på att materialet förändras som helhet. Detta innebär att det inte finns några delar som rör sig i förhållande till varandra och därför skaver och sliter. Dessutom bevaras organismens integritet (eller, mer korrekt, dess geometriska anslutning). Rörelse sker vid molekylären, eller, som det är modernt att säga nu, nanoskalan på grund av det lilla närmandet eller avståndet från varandra av ämnets atomer. Detta eliminerar praktiskt taget musklernas tröghet, vilket är så karakteristiskt för alla robotar med elmotorer. Men det finns förstås nackdelar med den muskulära driften. Om vi ​​pratar om levande muskler så är detta konstant flöde kemiska komponenter som måste tillföras varje cell i muskelvävnad. Sådana muskler kan bara tjäna som en del av en komplex levande organism. En annan nackdel är förknippad med den gradvisa åldrandet av materialet. I en levande organism förnyas celler periodiskt, men i en monolitisk teknisk anordning är detta extremt svårt att tillhandahålla. I sökandet efter konstgjorda muskler strävar forskare efter att behålla fördelarna med formskiftande propellrar samtidigt som de undviker deras nackdelar.

Formminne

Tidig forskning om konstgjorda muskler var direkt relaterad till formminneseffekten som finns i vissa legeringar. Den upptäcktes 1932 av den svenske fysikern Arne Olander med exemplet med en legering av guld med kadmium, men under nästan 30 år väckte den inte mycket uppmärksamhet. År 1961 upptäcktes formminne av misstag i en nickel-titaniumlegering, vars produkt kan deformeras godtyckligt, men när den värms upp återställer den sin ursprungliga form. Mindre än två år senare dök en kommersiell produkt upp i USA - en legering, nitinol, uppkallad efter dess sammansättning och plats för utveckling (NITINOL - NiTi Naval Ordnance Laboratories).

Formminne tillhandahålls på grund av det faktum att kristallgittret av nitinol kan vara i två stabila tillstånd (faser) - martensitisk och austenitisk. Över en viss kritisk temperatur är hela legeringen i austenitisk fas med ett kubiskt kristallgitter. Vid kylning övergår legeringen till den martensitiska fasen, där den, på grund av de ändrade geometriska proportionerna av cellerna i kristallgittret, blir plastisk. Med en lätt mekanisk kraft kan en nitinolprodukt i martensitiskt tillstånd ges nästan vilken konfiguration som helst - den kommer att bestå tills föremålet värms upp till en kritisk temperatur. I detta ögonblick blir martensitfasen energetiskt ogynnsam, och metallen går över i austenitfasen och återställer sin tidigare form.

Så här ser det ut i enklaste fall. I praktiken finns det naturligtvis ett antal begränsningar för deformation. Huvudsaken är att de inte ska överstiga 7-8%, annars kan formen inte längre återställas helt. Senare utveckling gjorde det möjligt att skapa olika alternativ nitinollegeringar. Det finns till exempel de som minns två former samtidigt - den ena motsvarar höga temperaturer, den andra mot låga. Och vid mellantemperaturer kan materialet deformeras godtyckligt, men det kommer ihåg en av dess två former när det värms eller kyls.

Hittills är mer än ett dussin formminneslegeringar baserade på olika element kända. Familjen nitinollegeringar är dock fortfarande den mest utbredda. Formminneseffekten i NiTi-baserade legeringar är tydligt uttryckt och temperaturområdet kan justeras med god noggrannhet från flera grader till tiotals genom att föra in olika föroreningar i legeringen. Dessutom är nitinol billigt, lätt att bearbeta, korrosionsbeständigt och har goda fysiska och mekaniska egenskaper: till exempel är dess slutliga hållfasthet bara 2–4 ​​gånger lägre än stålets.

Kanske den största nackdelen med sådana legeringar under lång tid var ett litet utbud av cyklicitet. Antalet kontrollerade deformationer översteg inte ett par tusen iterationer, varefter legeringen förlorade sina egenskaper.

På ett ögonblick

NanoMuscle kunde lösa detta problem. Vintern 2003, på den internationella leksaksmässan i New York, presenterade hon en ovanlig docka - Baby Bright Eyes. Leksaken kopierade mycket realistiskt ansiktsuttrycken från ett litet barns ögon, vilket är nästan omöjligt att uppnå med de mikroelektriska motorer som traditionellt används i leksaksindustrin - de är för tröga. Samtidigt uppskattades kostnaden för dockan (i serieproduktion) till endast $ 50, vilket såg helt fantastiskt ut.

Genom att skapa en prototyp för dockan kunde NanoMuscles ingenjörer övervinna cykliska begränsningar genom att använda titan- och nickelnanopartiklar och utveckla mjukvara som kontrollerar legeringen på ett mer skonsamt sätt, så att livscykeln för dessa nanomuskler överstiger fem miljoner iterationer. Nanopartiklarna slogs samman till tunna fibrer med en diameter på cirka 50 mikron, och en flera centimeter lång tråd vävdes av dem, som kunde ändra längden med 12-13 % (ett annat rekord).

Respekt och kraft för enheten som kallas NanoMuscle Actuator. Med samma massa utvecklar nanomuskler en kraft som är tusen gånger mer än mänskliga muskler och 4 000 gånger mer än en elmotor, och samtidigt är dess svarshastighet bara 0,1 sekunder. Men vad som är särskilt viktigt, tack vare den sammansatta designen, hoppar NanoMuscle Actuator inte från ett tillstånd till ett annat, utan kan röra sig smidigt med en given hastighet.

Nanomuskeln som användes för att flytta dockans ögon styrdes av en 8-bitars mikroprocessor och hade en matningsspänning på 1,8 volt. Dess uppskattade pris i industriell produktion överstiger inte 50 cent. Senare introducerades en hel familj av leksaker av detta slag med ett stort antal rörliga element. Och snart togs riskkapitalbolaget NanoMuscle över av det snabbt växande kinesiska företaget Johnson Electric, som specialiserat sig på produktion av elektriska enheter för en mängd olika utrustningar – från DVD-spelare till bilspeglar.

Ungefär samtidigt, vid University of Texas, kom nanoteknologen Ray Baughman på hur man får metallmuskler att fungera utan elektricitet alls – direkt från kemiska bränslen, vilket kan vara användbart i system med höga autonomikrav. Han belade repet av formminneslegering med en platinakatalysator och började blåsa det med en blandning av metanol, väte och syreångor. I en gasformig miljö, på grund av den låga koncentrationen, sker reaktionen praktiskt taget inte, men ganska mycket värme släpptes på ytan täckt med katalysatorn. En ökning av temperaturen tvingade kabeln att ändra sin längd, varefter tillförseln av metanol avbröts, och efter ett tag kyldes kabeln ner och återgick till sin ursprungliga längd. Det kan verka som en dålig idé, men det är inte alls nödvändigt att de inblandade metallmusklerna direkt sätter robotens lemmar eller hjul i rörelse. Om det finns många sådana muskler och de fungerar växelvis, visar sig drivningen vara ganska stabil, och i kombination kommer den fortfarande att fungera som en bränslecell som genererar energi för ombordelektronik.

Elektroaktiva polymerer

Men formminnesmetaller är inte den enda riktningen i skapandet av konstgjorda muskler. Dr. Yoseph Bar-Cohen från NASA:s Jet Propulsion Laboratory utvecklar en alternativ teknik - elektroaktiv polymer (EAP) och har redan fått 18 patent och två NASA-medaljer inom detta område. I början av 2001 hade hans labb två typer av konstgjorda muskler.

En av dem är polymertejper gjorda av kol, syre och fluor. Vid servering elektrisk ström fördelningen av laddningar på ytan av ett sådant band förändras, och det böjs. Dr Bar-Cohens laboratorium har redan visat för reportrar en enkel manipulator av fyra band, som låter dig ta tag i ett litet föremål och plocka upp det från marken (i framtiden ska det vara från ytan på en annan planet) . Uppenbarligen beror komplexiteten och variationen av möjliga rörelser för ett sådant grepp endast på polymerbandens konfiguration. På videon ser rörelsen av sådana polymermuskler helt ovanlig ut: banden klämda i ett skruvstycke börjar plötsligt böjas upp och ner - först långsamt, som kronbladen på en blomma, men sedan snabbare och oftare, och nu är de inte ens längre synlig - som vingarna på en mygga under flygning.

Enheter av den andra typen skiljer sig i geometri: EAP-plattor rullas till rör som tobaksblad i en cigarr. När spänning appliceras drar rören ihop sig och klämmer ihop den elastiska kärnan, vilket tvingar den att sträcka sig. NASA hoppas att sådana enheter kan användas i en ny generation av rovers. Till exempel, i ett av projekten, istället för att skicka ett eller två tunga hjulfordon, föreslås det att sprida hundratals bollar runt landningspunkten med sensorer, trådlösa adaptrar och enheter baserade på konstgjorda muskler av den andra typen, vilket kommer att möjliggöra bollarna att hoppa från plats till plats. Detta kommer att göra det möjligt att snabbt och billigt undersöka hela territoriet på en gång. Förresten, moderna EAP-modeller ger redan en aktiveringstid på mindre än 0,1 sekunder, en tvåfaldig förlängning av pushern och en kraft som är 1 000 gånger större än jordens vikt - tillräckligt för att hoppa över avlägsna planeter.

Duell med en robot

För två år sedan bestämde sig Bar-Cohen och flera chefer för konkurrerande laboratorier för en liten show för att popularisera deras utveckling – en armbrytningsturnering med en konstgjord arm. I pressmeddelandet föregicks evenemanget av en så avgörande fras: "Om den automatiserade handen vinner kommer den att öppna dörrarna till många nya teknologier inom medicin, militära angelägenheter och till och med underhållningsindustrin."

Arrangörerna av turneringen gav valet av motståndaren, eller snarare rivalen, till tv-teamet, och de föredrog gymnasieeleven Panna Felsen, som grundade en robotklubb på sin skola i San Diego. Hon fick slåss tre konstgjorda händer enligt reglerna nära de klassiska. Deras efterlevnad övervakades av två professionella armbrytare. Showen blev en succé, men den svalkade en del heta huvuden lite: inte en enda hand kunde stå emot en onekligen vacker, men skör tjej.

Hennes första rival var en manipulator från det amerikanska företaget Environmental Robots Incorporated med två konstgjorda muskler. Duellen med roboten varade i 24 sekunder. Andra och tredje rivalerna varade bara i 4 respektive 3 sekunder. Turneringen avslöjade, förutom rena kraftproblem, som alltid kan lösas genom att öka antalet polymerplattor och andra allvarliga brister hos enheterna. Till exempel använde den tredje armen, skapad vid Virginia Polytechnic Institute, kemiska processer för att aktivera polymeren, inte elektriska impulser. Enligt dess utvecklare är en sådan lösning mycket mer naturlig för den framtida implementeringen av konstgjorda muskler. Men under showen manifesterades långsamheten i den kemiska aktiveringsmekanismen fullt ut: den konstgjorda muskeln började arbeta bara några sekunder efter starten av kampen, så manipulatorn besegrades redan innan den gick in i driftläget.

Champions barndom

En av Bar-Cohen-gruppens största konkurrenter är Artificial Muscle, som är extremt seriös med sitt uppdrag: "Att föra ut solid state-drivsystem på marknaden som gör med motorer och pumpar vad halvledare gjorde för att vakuumröra." Artificial Muscle använder samma elektroaktiva polymerer som "solid-state"-enheter, men för att skilja sig från konkurrenterna använder de en annan förkortning - EPAM (Electroactive Polymer Artificial Muscle). Enligt utvecklarna kommer konstgjorda muskler i framtiden att överträffa alla andra mekaniska enheter - elektromagnetiska, pneumatiska, hydrauliska och piezoelektriska - i alla avseenden: kostnad, buller, hastighet, vikt och effekttäthet.

Men det är i framtiden, men för tillfället kan EPAM-enkellagers polymer artificiell muskel utveckla en ansträngning på endast 0,5 Newton (vikten av en 50-grams vikt). Det är sant att genom att lägga till dussintals sådana lager kan du få en ganska betydande effekt. Sådana enheter erbjuds redan till exempel till kameratillverkare som enheter för autofokusmekanismen.

Konstgjorda muskler utvecklas snabbt, men många av resultaten är redan gömda bakom en slöja av kommersiella hemligheter, så det är svårt att tala om vilka siffror som för närvarande är rekordhöga. Men, till exempel, förmågan att motstå upp till 17 tusen kompressionssträckningscykler per sekund, deklarerad av Artificiell Muscle, har en stor chans att bli ett hastighetsrekord i världen av konstgjorda muskler. Samt förmågan hos ett polymermaterial att ändra sin längd med 3,8 gånger, uppnått i företagets laboratorium. Naturligtvis kan ett sådant "hån" av ett ämne inte vara länge, och om en polymermuskel måste arbeta tillförlitligt miljontals gånger, bör den inte ändra sin längd med mer än 15%. Åtminstone på den nuvarande utvecklingsnivån för denna industri.

Elektromuskulär rustning

Men de ädla vetenskapliga intressena hos specialister som Dr Josef Bar-Cohen går inte att jämföra med mängden finansiering och teknisk kapacitet hos laboratorier som inte tvekar att arbeta för militären, som BAE Systems. Detta företag utför militära order för nästan alla tekniskt utvecklade länder i världen, och därför visas information om dess utveckling ganska ofta, trots sekretessregimen.

Den här gången inträffade läckan genom ett litet brittiskt företag H. P. White Laboratory, som huvudsakligen ägnar sig åt att testa styrkan hos skyddssystem: pansar, skottsäkert glas, pansar. Enligt brittisk lag kan information om militära och medicinska företags verksamhet inte döljas helt bakom patenthemligheten, därför är det enligt deras rapporter möjligt att indirekt spåra utvecklingen av ny utveckling inom den militära sfären. Den här gången föreslog forskarna att använda EAP-principen för att skapa "multipel stress armor", som är en flerskiktsstruktur av ett stort antal polymertejper varvat med mikropartiklar av hållbar keramik och magnetiserade partiklar orienterade på ett visst sätt. En kula som träffar rustningen orsakar initial deformation och leder till en skarp förskjutning av de magnetiserade partiklarna. På grund av induktion uppstår en kort elektrisk impuls, vilket tvingar polymerbanden att krympa, vilket dramatiskt ökar pansarets styrka, eftersom partiklarna av insprängd pansarkeramik har en viss siluett, vilket gör att de kan fästa vid en kontinuerlig beläggning när de komprimeras.

Den viktigaste fördelen med detta system är att rustningens maximala "densitet" bildas precis vid kulans anslagspunkt och gradvis minskar på sidorna. Som ett resultat är kulans kinetiska energi jämnt fördelad över nästan hela pansarområdet. Även om rustningen visade sig vara mer voluminös, var den mycket lättare än moderna motsvarigheter. Om innan svängen i en skottsäker väst från ett automatiskt gevär inte dödade en person, men det var garanterat att inaktivera honom i minst tiotals minuter, så kommer det nya skyddssystemet inte ens att lämna hematom på den, enligt preliminära beräkningar. soldatens kropp.

Hittills används konstgjorda muskler främst inom specifika områden som traditionellt har starkt statligt stöd. Civil och till och med medicinsk forskning ligger långt efter militären. Utvecklare av konstgjorda muskler bevakar noga hemligheterna med deras produktion. Till exempel säljer Artificial Muscle inte ens sina polymerband till någon - bara färdiga enheter baserade på dem. Vid något tillfälle visade sig situationen vara så svår att Bar-Cohens grupp helt enkelt tog och publicerade på sin hemsida några enkla recept för att göra elektroaktiva polymerer så att fler oberoende forskare kunde ansluta sig till arbetet. De första allmänt tillgängliga enheterna som använder konstgjorda musklers grundläggande kapacitet kommer att dyka upp under det kommande decenniet, och de har alla möjligheter att bli den revolutionerande innovation som kommer att bana väg för skapandet av billiga multifunktionella självgående hushållsrobotar. Och inte bara robotar. Enligt Dr Bar-Cohen påminner utvecklingen av denna teknik mycket om den uppfinningsrika boomen under det sena 1800-talet - början av 1900-talet: material är lättillgängligt, experiment och forskning kan levereras av alla studenter med ett ljust huvud och pengar. kostnaderna är minimala.

Så det återstår bara att ha tålamod och efter ett dussin år ordentligt skaka om innehållet i science fiction-bokhyllan för att bli av med hopplöst föråldrade böcker i fackspråk.

Ett stort antal män, kända idrottare, skådespelare och vanliga arbetare, drömmer om en vacker vältränad kropp som ett tidningsomslag. Många representanter för det starkare könet är övertygade om att det är detta utseende som kommer att göra dem självsäkra, eftersom en sådan kropp är omtyckt av vackra kvinnor.
Det är svårt att argumentera med detta uttalande, de flesta kvinnor gillar idrottare. Men hur kan du uppnå önskat resultat om du inte vill spendera dagar och nätter i gymmet. Det verkar som att den idealiska lösningen är konstgjorda muskler, men i verkligheten är allt inte så enkelt, varje procedur har sina egna indikationer och bieffekter... Låt oss överväga flera typer av konstgjord muskelförstoring.

Synthol

Ökad muskelvolym

Synthol har använts i många år av professionella idrottare innan tävling för att ge musklerna extra volym. Detta är en speciell oljebaserad injektionslösning som gör att du lokalt kan förstora muskeln där det behövs. Denna procedur hjälper till att göra kroppen mejslad och vacker.
Volym uppträder som ett resultat av muskelsvullnad på grund av inträngning av oljor i dem, det antas också att en lokal inflammatorisk process inträffar i muskelvävnaden, vilket provocerar ödem. Sådana konstgjorda muskler blir faktiskt inte starka och starka, de bara sväller, blir mer voluminösa till utseendet.
Definitivt är det mycket svårt att kalla sådan inblandning i kroppens arbete användbara. Syntol utsöndras inte bara från kroppen i flera år, det har ett stort antal biverkningar, det finns till och med dödsfall efter att ha använt detta läkemedel.
Faktum är att när det injiceras kan fett lätt komma in i blodkärlen, vilket i sin tur framkallar en sjukdom som kallas fettemboli. Detta tillstånd hotar med allvarliga konsekvenser som stroke och hjärtinfarkt. Av denna anledning, för närvarande professionella idrottare vägra syntol som ett kosmetiskt ingrepp.

Implantat

Det enklaste sättet att få vackra konstgjorda muskler utan att någonsin besöka Gym- gör Plastikkirurgi... Läkaren kommer att installera silikonimplantat på önskad plats, som kommer att se ut som riktiga muskler, men till skillnad från muskler kommer implantaten inte att lösas upp i frånvaro av träning.
Silikon sätts in på två sätt: antingen under huden eller under muskelvävnaden. I det första fallet är proceduren ganska säker och billig, operationen är snabb och vanligtvis utan konsekvenser, men sådana "muskler" kommer inte att se naturliga ut, eftersom ovanliga konturer kommer att synas, dessutom är implantaten väldigt mjuka att ta på. , som lätt kan kännas genom huden ...
I det andra fallet är effekten av operationen mer naturlig, eftersom implantatet placeras under muskelvävnaden, efter att ha klippt det tidigare och därefter sytt det. En sådan intervention är ganska svår, långvarig rehabilitering efter operation krävs, återställandet av muskelvävnad är ganska svårt och tar lång tid.
Till skillnad från användningen av läkemedel kommer effekten av implantat att förbli för alltid, men varje kirurgiskt ingrepp kan ha komplikationer:

• Implantat slår inte alltid rot, ibland måste du göra operationen igen, ta bort dem;
• Kroppen kan svara med en våldsam allergisk reaktion mot en främmande kropp;
• Efter operationen kan blödning, infektion, inflammation i vävnaderna, suppuration uppstå;
• Om kirurgen inte är tillräckligt erfaren kan synliga ärr finnas kvar;
• Det kan finnas svåra vävnadsödem som inte går över under en längre tid.

Om en person bestämmer sig för att opereras är det absolut nödvändigt att se till att läkaren är tillräckligt erfaren, se till att genomgå en undersökning och inte gå under en plastikkirurgs kniv om det finns kontraindikationer. Du kan bli vacker utan att riskera ditt senare liv.

Tryck upp

Ett annat sätt att se pumpad och stark ut är att bära kuddar. Som ni vet har kvinnor i många år använt push-up behåar för att få sina bröst att se frodiga ut, sådana underkläder passar de flesta kvinnor och de kommer inte att lägga sig under kniven.
Varför inte använda denna säkra och effektiva metod även för män. Om du sätter på dig ett plåster under kläderna kommer kroppen att verka mer voluminös och maskulin, vilket räcker för att många män ska känna sig trygga på jobbet och när de träffar vänner.
Denna metod är helt säker, till skillnad från läkemedel och kirurgi. Fodren skadar inte kroppen på något sätt, orsakar inte fysiskt beroende, men de har också ett antal betydande nackdelar:

• För det första är det väldigt varmt i push-up-gummi, speciellt på sommaren. Denna metod är lämplig för den kalla årstiden.
• Överdragen är osynliga under kläderna, men om du tar av dig tröjan kommer hemligheten genast att avslöjas.
• Konstgjorda muskler känns inte som riktiga muskler vid beröring.
• Dynorna drar sig inte ihop som riktiga muskler, så vid beröring ger de sig genast ut.
• De är inte billiga, med dessa pengar är det bättre att köpa ett gymmedlemskap och ta hand om din hälsa och figur på riktigt.

Steroider

En annan välkänd metod för att bygga muskler snabbt och utan träning är användningen av anabola steroider. Det verkar som att denna metod är en utmärkt lösning för dem som vill vacker kropp men är för lat för att träna. Dessutom växer musklerna verkligen och sväller inte som syntol, det finns inga främmande kroppar inuti, som när du installerar implantat.
Anabola steroider ökar mängden testosteron i kroppen. Därmed uppfattar hjärnan sig som mer manlig och börjar aktivt byggas upp muskelmassa göra en person starkare och större. Nackdelen med steroider är att de är beroendeframkallande, med tiden kommer kroppen att sluta producera testosteron på egen hand.
Dessutom har anabola steroider biverkningar, de påverkar levern negativt, hämmar dess arbete, stör blodcirkulationen. Som ett resultat ackumuleras skadliga ämnen i kroppen, därför kan maligna neoplasmer uppstå. Dessutom, när du tar anabola steroider, ökar blodtrycket, kolesterolnivåerna i blodet och därmed risken för hjärt-kärlsjukdomar.

Teknologier

V senaste åren forskare arbetar aktivt för att skapa en konstgjord muskel som perfekt replikerar den verkliga mänskliga muskeln. En sådan uppfinning hjälper inte bara vid plastikkirurgi, en konstgjord muskel kan implanteras i hjärtat för att normalisera dess arbete.
Forskare har gjort en muskel av polymerer som perfekt efterliknar verkliga mänskliga muskler. De drar ihop sig och fungerar bra, men forskare skäms över att sådana muskler inte är tillräckligt starka och inte alltid uppfyller sina funktioner, de kan slita, så det är svårt att prata om ett helt liv i det här fallet.
Dessutom var konstgjorda muskler väldigt dyra, så de skulle aldrig vara tillgängliga för vanliga människor. Nu studerar forskare aktivt möjligheten att skapa muskler och deras implantation i människokroppen, säkert om några decennier kommer de att lyckas, och plastikkirurgi kommer att göra stort steg fram.

Det bästa

Det bästa sättet att få riktiga muskler är genom att träna regelbundet och äta rätt. Denna metod är inte bara den säkraste, men den kommer verkligen att höja självkänslan, stärka kroppen, för för att uppnå sådana höjder måste du försöka mycket och träna länge.
Det är lättast att sätta in silikonmuskler, eller att använda mediciner, men bidrar detta till en persons självförtroende och hälsa. Fram till nu anses sådana metoder vara skadliga och respekteras inte av riktiga idrottare. Det bästa sättet gör kroppen vacker och vältränad - träna på gymmet.

Förstoring (video)