Les robots modernes peuvent faire beaucoup de choses. Mais en même temps, ils sont loin de la facilité humaine et de la grâce des mouvements. Et la raison en est des muscles artificiels imparfaits. Des scientifiques de nombreux pays tentent de résoudre ce problème. L'article sera consacré bref aperçu leurs étonnantes inventions.

Muscles polymères de scientifiques singapouriens

Un pas vers plus récemment a été fait par les inventeurs du National Aujourd'hui, les androïdes lourds se déplacent grâce au fonctionnement des systèmes hydrauliques. Un inconvénient important de ce dernier est la faible vitesse. Les muscles artificiels pour robots, présentés par des scientifiques singapouriens, permettent aux cyborgs non seulement de soulever des objets 80 fois plus lourds qu'eux propre poids, mais faites-le aussi aussi vite qu'une personne.

Ce développement innovant, qui s'étend cinq fois en longueur, aide les robots à « contourner » même les fourmis, connues pour être capables de transporter des objets 20 fois plus lourds que leur propre poids corporel. Les muscles polymères présentent les avantages suivants :

• flexibilité;
• une force incroyable;
• élasticité;
• la possibilité de changer de forme en quelques secondes ;
• la capacité de se transformer énergie cinétiqueà l'électrique.

Cependant, les scientifiques ne vont pas s'arrêter là : ils envisagent de créer des muscles artificiels qui permettraient au robot de soulever une charge 500 fois plus lourde que lui !

Découverte de Harvard - des muscles constitués d'électrodes et d'élastomère

Les inventeurs qui travaillent à l’École des sciences appliquées et de l’ingénierie de l’Université Harvard ont introduit de tout nouveaux muscles artificiels pour les robots dits « mous ». Selon les scientifiques, leur idée originale, composée d'un élastomère souple et d'électrodes contenant des nanotubes de carbone, n'est pas de qualité inférieure aux muscles humains !

Tous les robots existants aujourd'hui, comme déjà mentionné, sont basés sur des entraînements dont le mécanisme est hydraulique ou pneumatique. De tels systèmes fonctionnent à l'aide d'air comprimé ou de réaction produits chimiques. Cela rend impossible la construction d’un robot aussi doux et rapide qu’un humain. Les scientifiques de Harvard ont éliminé cet inconvénient en créant un tout nouveau concept de muscles artificiels pour robots.

Le nouveau « muscle » des cyborgs est une structure multicouche dans laquelle des électrodes de nanotubes, créées dans le laboratoire de Clark, contrôlent les couches supérieure et inférieure d'élastomères flexibles, le fruit de l'idée originale de scientifiques de l'Université de Californie. De tels muscles sont idéaux à la fois pour les androïdes « mous » et pour les instruments laparoscopiques en chirurgie.

Les scientifiques de Harvard ne se sont pas arrêtés à cette merveilleuse invention. L’un de leurs derniers développements est une raie pastenague biorobot. Ses composants sont des cellules musculaires cardiaques de rat, de l'or et du silicone.

Invention du groupe de Bauchman : un autre type de muscle artificiel à base de nanotubes de carbone

En 1999, dans la ville australienne de Kirchberg, lors de la 13e réunion de l'École internationale d'hiver sur les propriétés électroniques des matériaux innovants, le scientifique Ray Bauchman, qui travaille pour la société Allied Signal et dirige un groupe de recherche international, a fait une présentation. Son message portait sur la fabrication de muscles artificiels.

Les développeurs sous la houlette de Ray Bauchman ont pu le présenter sous forme de feuilles de nanopapier. Les tubes de cette invention étaient entrelacés et mélangés de toutes les manières possibles. Le nanopapier lui-même ressemblait à du papier ordinaire : il pouvait être tenu dans les mains et coupé en bandes et en morceaux.

L'expérience du groupe était apparemment très simple : les scientifiques attachaient des morceaux de nanopapier à à différentes parties ruban adhésif et abaissé cette structure dans une solution saline conductrice. Après la mise sous tension de la batterie basse tension, les deux nanobandes se sont allongées, en particulier celle connectée au pôle négatif de la batterie électrique ; puis le papier s'est plié. Le modèle musculaire artificiel fonctionnait.

Bauchman lui-même estime que son invention, après une modernisation de haute qualité, transformera considérablement la robotique, car ces muscles en carbone, lorsqu'ils sont fléchis/étendus, créent un potentiel électrique - ils produisent de l'énergie. De plus, ces muscles sont trois fois plus forts que les muscles humains, peuvent fonctionner à des températures extrêmement élevées et basses, en utilisant un courant et une tension faibles pour leur travail. Il est tout à fait possible de l'utiliser pour des prothèses musculaires humaines.

Université du Texas : muscles artificiels fabriqués à partir de fil de pêche et de fil à coudre

L'un des plus étonnants est le travail groupe scientifique de l'Université du Texas, située à Dallas. Elle a réussi à obtenir un modèle de muscle artificiel, dont la force et la puissance rappellent celles d'un moteur à réaction - 7,1 ch/kg ! Ces muscles sont des centaines de fois plus forts et plus productifs que ceux des humains. Mais le plus étonnant ici est qu'ils ont été construits à partir de matériaux primitifs - du fil de pêche en polymère à haute résistance et du fil à coudre.

La nutrition d'un tel muscle est une différence de température. Il est assuré par du fil à coudre recouvert d'une fine couche de métal. Cependant, à l’avenir, les muscles des robots pourraient être alimentés par les changements de température de leur environnement. Cette propriété peut d’ailleurs être utilisée pour les vêtements adaptés aux conditions météorologiques et d’autres appareils similaires.

Si vous tordez le polymère dans un sens, il rétrécira fortement lorsqu'il sera chauffé et s'étirera rapidement lorsqu'il sera refroidi, et s'il est tordu dans l'autre sens, ce sera complètement le contraire. Une conception aussi simple peut, par exemple, faire tourner un grand rotor à une vitesse de 10 000 tours/min. L'avantage de ces muscles artificiels fabriqués à partir de lignes de pêche est qu'ils sont capables de se contracter jusqu'à 50 % de leur longueur d'origine (les muscles humains ne le font que 20 %). De plus, ils se distinguent par une endurance incroyable - ces muscles ne se « fatiguent » pas même après un million de répétitions de l'action !

Du Texas à l’Amour

La découverte des scientifiques de Dallas a inspiré de nombreux scientifiques du monde entier. Cependant, un seul roboticien a réussi à répéter son expérience - Alexander Nikolaevich Semochkin, chef du laboratoire informatiqueà la BSPU.

Au début, l'inventeur attendait patiemment de nouveaux articles dans Science sur la mise en œuvre massive de l'invention de ses collègues américains. Comme cela ne s'est pas produit, le scientifique de l'Amour a décidé, avec ses collègues partageant les mêmes idées, de répéter la merveilleuse expérience et de créer des muscles artificiels de leurs propres mains à partir de fil de cuivre et de fil de pêche. Mais hélas, la copie s’est avérée non viable.

Muscles artificiels fabriqués à partir de fil de pêche en nylon

Vous pouvez faire une expérience amusante avec une ligne de pêche ordinaire en matériau polymère. Si vous étirez la ligne de pêche en longueur et, en tenant une extrémité, tournez longuement l'autre autour de son axe, des anneaux denses se forment sur la ligne de pêche et elle prend l'apparence d'un ressort en spirale. Lorsqu'il est chauffé, ce ressort se contracte et lorsqu'il est refroidi, il s'allonge. Une équipe d'écoliers de Novossibirsk a étudié les propriétés d'un tel "muscle artificiel" lors du tournoi international jeunes physiciens IYPT-2015. Il est intéressant de noter que pour décrire quantitativement la contraction de tels muscles, on peut utiliser le théorème de Kalugaryan-White-Fuller, qui a déjà trouvé une application en biologie moléculaire pour décrire l'ADN superenroulé.

Les fibres musculaires artificielles, capables de se contracter de manière répétée sous l'influence d'un stimulus externe et d'effectuer un travail mécanique, pourraient dans un avenir proche être utilisées dans diverses applications, depuis les exosquelettes et les robots industriels jusqu'aux technologies microfluidiques. Le développement et la recherche sur les muscles artificiels s'effectuent dans différentes directions - métaux à mémoire de forme, polymères électroactifs, faisceaux de nanotubes de carbone. Plus récemment, un groupe de chercheurs a proposé d'utiliser des spirales fabriquées à partir de lignes de pêche ordinaires comme muscles artificiels peu coûteux et très efficaces (Haines et coll., 2014). Un tel muscle artificiel se contracte sensiblement lorsqu'il est chauffé et s'allonge à nouveau lorsqu'il est refroidi. Les participants ont été invités à fabriquer un muscle en spirale à partir d'une ligne de pêche en nylon et à étudier ses propriétés. Tournoi international jeunes physiciens IYPT-2015 dans la tâche « Muscle artificiel ».

Les muscles ont besoin d’être entraînés

Dans nos expériences, nous avons utilisé une ligne de pêche d'un diamètre de 0,7 mm. Pour l'enrouler en spirale, nous avons fixé la perceuse électrique en position verticale, serré une extrémité de la ligne de pêche dans le mandrin et attaché un poids pesant 3 N à l'autre extrémité - avec ce poids, la ligne de pêche ne se cassera pas, mais s'enroulera en une spirale uniforme. Pendant le processus de torsion, la charge doit monter vers le haut sans tourner autour d'un axe vertical, pour lequel un verrou est installé dessus.

Lorsque les fibres longitudinales à la surface de la ligne de pêche s'enroulent à environ 45° par rapport à l'axe longitudinal, la ligne de pêche commence à se tordre en une spirale serrée. Lorsqu'on le tord, un premier morceau de fil de pêche de 1 m de long se transforme en une spirale de 17 cm. Dans ce cas, le nylon subit une déformation plastique si importante qu'après avoir supprimé la force de rotation, la spirale ne se déroule presque pas. En principe, ce nouvel état des fibres peut être fixé en chauffant lentement la ligne jusqu'à une température proche du point de fusion puis en la refroidissant.

Pour éviter le déroulement de la spirale lors des tests ultérieurs, nous avons composé un muscle artificiel à partir de deux spirales avec des boucles droite et gauche, en les fixant en parallèle. Une charge de levage était attachée au muscle suspendu verticalement par le bas. Pour contracter le muscle, celui-ci était introduit via un tube jusqu'à son extrémité supérieure. eau chaude, qui coulait librement dans les spirales. La température musculaire a été mesurée avec un capteur thermique qui y est attaché et l'allongement a été mesuré avec un capteur de déplacement à ultrasons.

Le travail effectué par le moteur pour déplacer une charge contre une vitesse constante force agissante, est égal au produit de la grandeur de la force et du déplacement. Par exemple, lors du déplacement d'une charge librement suspendue pesant 10 N vers le haut (c'est-à-dire dans la direction opposée au vecteur de gravité) de 0,03 m, l'ascenseur effectue 10 N × 0,03 m = 0,3 J de travail.

Après avoir mesuré dans plusieurs tests successifs comment la longueur d'un muscle auquel est suspendue une charge de 10 N dépend de la température, nous avons découvert l'effet de l'entraînement : après les premiers cycles de chauffage et de refroidissement, le muscle s'allongeait, mais à partir du quatrième temps les cycles ont commencé à se reproduire, de sorte que le muscle entraîné mesurait 200 mm de long lorsqu'il était chauffé de 20 à 80 °C, il se contractait de 30 mm à chaque fois, effectuant un travail de 0,3 J, puis s'étirait de la même quantité lorsqu'il était refroidi. Lorsqu'elle est chauffée, la spirale absorbe une énergie thermique de 50 J, de sorte que l'efficacité du muscle était de 0,06 %.

Torsion et serpentine

Expliquons maintenant pourquoi l'hélice en nylon se contracte lorsque la température augmente. L'expérience montre que lorsqu'elle est chauffée, une ligne de pêche non torsadée avec une charge suspendue se contracte également, mais de manière moins visible. Cette réduction est due à l'anisotropie du matériau constitutif de la ligne de pêche. Lorsque le nylon fondu est forcé à travers une filière, les longues molécules de polymère sont orientées le long de la ligne. Lorsqu'elles sont chauffées, les fibres polymères chargées se comportent de la même manière que des fils de caoutchouc étiré (Treloar, 1975) : elles se contractent, augmentant l'entropie du système.

Considérons maintenant la ligne de pêche, tordue au point où elle commence à s'enrouler en spirale. Comme déjà mentionné, dans cet état, les fibres longitudinales à la surface de la ligne de pêche sont enroulées à environ 45° par rapport à l'axe. Lorsque le fil chauffe, les fibres torsadées se contractent, provoquant le déroulement du fil. Pour plus de simplicité, nous supposerons que si les fibres sont réduites de 1 %, alors le nombre de tours par lesquels la ligne de pêche est détordée est de 1 % du nombre total de tours par lesquels elle est tordue.

Il suffit de comprendre comment la contraction des fibres et la contraction du muscle spiral sont liées. Le développement d'un modèle mathématique simple pour décrire cette relation était une partie importante de notre solution au problème. En conséquence, pour décrire la contraction de la spirale, nous avons appliqué la formule de Calugareanu – White – Fuller (CWF) :

ce qui a été prouvé en géométrie différentielle (Călugăreanu, 1959 ; White, 1969 ; Fuller, 1971), puis a trouvé une application en biologie moléculaire dans la description de l'ADN superenroulé (Fuller, 1978 ; Pohl, 1980).

Numéro de fiançailles Lk (anglais – numéro de liaison) dans cette formule montre combien de tours l'extrémité inférieure de la ligne de pêche a été tordue par rapport à l'extrémité supérieure. Ce nombre est un invariant topologique : il reste inchangé sous les déformations de la spirale si l'extrémité inférieure de la ligne ne se déroule pas par rapport à la supérieure.

La formule CWF indique que le nombre d'engrenages peut être décomposé en deux termes – Tw ( torsion) et Wr ( en écrivant), dont la somme reste inchangée dans notre expérience. Le nombre Tw caractérise la torsion des fibres à l'intérieur de la ligne de pêche (primaire) ; nombre Wr – torsion externe de la ligne de pêche elle-même (secondaire), lorsqu'elle forme une spirale spatiale.

Pour mieux comprendre la signification de cette formule, prenez un fin cordon en plastique, tracez une ligne droite sur sa surface avec un marqueur, puis enroulez le cordon en spirale autour d'un morceau de tuyau épais de sorte que la ligne tracée soit tournée vers l'extérieur du tuyau. . Supposons que le cordon soit enroulé autour du tuyau sur 5 tours. Dans cet état, la torsion interne des fibres du cordon est Tw = 0, et le nombre d'engagement est égal à la torsion externe : Lk = Wr = 5. Saisissez maintenant les extrémités du cordon avec les deux mains, retirez le cordon du tuyau sans lâcher vos mains, et étirez-le. La corde s'étirait en ligne droite, les anneaux spatiaux disparaissaient, et maintenant sa torsion externe Wr = 0. Dans le même temps, la corde s'est avérée tordue autour de son axe, et le nombre de tours de sa torsion interne est devenu égal au nombre d'engagement : Tw = Lk = 5.

Dans les travaux mathématiques mentionnés ci-dessus, une formule mathématique a été trouvée pour calculer la torsion externe Wr dans le cas général. Pour une torsion uniforme en spirale, cette formule est grandement simplifiée (Fuller, 1978), prenant la forme

Wr = N∙(1 – péché α),

Où N est le nombre de tours de la spirale extérieure, α est l'angle d'élévation de l'hélice de la spirale.

Lorsque nous avons tordu une ligne de pêche d'un mètre de long en spirale, le mandrin a effectué 360 tours avant la formation des ailes (boucles) et 180 tours après la formation des ailes ; dans ce cas, à chaque révolution, un nouvel agneau apparaissait. Cela signifie que la torsion interne de la ligne lors de la formation des ailes ne s'est plus produite, de sorte que le muscle fini a été caractérisé par les nombres Tw = 360, Wr = 180.

L'expérience montre que la ligne de pêche en nylon non torsadée se contracte de 1,1 % lorsqu'elle est chauffée de 20 à 80°C. Nous supposons que cette contraction des fibres entraîne une diminution de la torsion interne Tw également de 1,1 %, soit de 4 tours. Ainsi, la torsion externe Wr augmente de 4 tours, soit de 2,2 %. Nombre de tours de spirale N cela ne change pas, ce qui signifie que la valeur de l'expression (1 – sin α) augmente de 2,2 %, c'est-à-dire que la valeur de l'angle α diminue, ce qui fait que la spirale devient plus courte. Dans le muscle spiral fini, sin α ≈ 0,16, donc une augmentation de la valeur de (1 – sin α) de 2,2 % entraîne une diminution de sin α de 13 %. C’est exactement à quel point la hauteur de la spirale a été réduite dans notre expérience.

Bien entendu, le modèle adopté est assez rudimentaire, mais il donne des résultats cohérents avec l’expérience. Son principal avantage est sa simplicité : au lieu de décrire la structure des fibres de la ligne de pêche, on opère avec des nombres Tw, Wr et Lk facilement calculables expérimentalement. Toute la grossièreté du modèle réside dans l'hypothèse selon laquelle la réduction relative de la torsion interne de l'hélice est égale à la réduction relative des fibres de la ligne de pêche non torsadée avec le même changement de température. Cette hypothèse pourrait être testée dans une expérience indirecte avec une ligne de pêche tordue au point où des ailettes sont sur le point de commencer à se former dessus, et fixée dans cet état par chauffage à une température proche du point de fusion du nylon et refroidissement ultérieur.

Littérature

Călugăreanu G. L’ intégral de Gauss et l’analyse des nœuds tridimensionnels // Rev. Mathématiques. Pures Appl. 1959. V. 4. P. 5-20.

Cherubini A., Moretti G, Vertechy R., Fontana M. Caractérisation expérimentale de muscles artificiels activés thermiquement à base de lignes de pêche en nylon enroulées // AIP Advances. 2015. V. 5. Doc. 067158.

Haines CS, Lima MD, Na Li et al. Muscles artificiels issus de fil de pêche et de fil à coudre // Science. 2014. V. 343. P. 868-872.

Fuller F. B. Le nombre de torsion d'une courbe spatiale // ​​Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1971. V. 68. P. 815-819.

Fuller F. B. Décomposition du nombre de liaison d'un ruban fermé : Un problème de biologie moléculaire // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1978. V. 75. P. 3557-3561.

Pohl W. F. ADN et géométrie différentielle // Math. Espion. 1980. V. 3. P. 20-27.

Treloar L. R. G. La physique de l'élasticité du caoutchouc. Presse universitaire d'Oxford, 1975.

White J. H. Auto-liaison et intégrale de Gauss en haute dimension // Am. J. Math. 1969. V. 91. P. 693-728.

La lecture de l'article prendra : 6 minutes.

Pulchritudo mundum servabit

(du latin - la beauté sauvera le monde)

Quel que soit le niveau actuel de beauté du corps humain, celui-ci a toujours été demandé. Les beaux corps ont plus de chances de réussir leur mariage, de progresser dans leur carrière, d'être populaires et même de devenir le choix du public... encore une fois au cinéma et au théâtre. Naturellement, les personnes privées de beauté standard s'efforcent de rapprocher au moins un peu leur « simple petit corps » du standard, en se tourmentant avec des régimes, activité physique, porter des corsets et, en dernier recours, communiquer sur Skype strictement en mode conversation sans vidéo, ou, en cas de mauvaise diction, uniquement par correspondance. Mais pour l’industrie moderne des moules en silicone, rien n’est impossible !

En un demi-siècle, cinq générations d’implants ont été développées « pour corriger la beauté du corps ». Il convient de noter qu'il n'existe pas de version absolument sûre parmi elles :

• première génération(1960-1970) se caractérise par une coque en silicone durable et épaisse avec une surface lisse, ses contours se distinguent à travers la peau et lorsqu'on la presse, un craquement se fait entendre, semblable au bruit d'une feuille de papier écrasée. Malgré l'épaisseur de la coque, sa charge a partiellement « transpiré », provoquant un froissement partiel du tissu ;
• deuxième génération(1970-1980) les implants en silicone avaient une coque plus fine et une surface lisse. La charge, comme dans la première génération, était du gel de silicone. Ils ne faisaient pas de craquements, mais avaient un degré de « transpiration » plus élevé et, ce qui était bien pire, ils se déchiraient souvent. Certains modèles d'implants étaient recouverts d'un matériau spongieux constitué de mousse de micropolyuréthane, ce qui réduisait le risque d'inflammation et empêchait l'implant de bouger ;
• en coquilles troisième et quatrième générations(créé vers 1985) a pris en compte les défauts des modèles précédents - texture en surface, doubles parois et double chambre, avec du gel de silicone à l'extérieur et du sérum physiologique à l'intérieur. L'introduction de solution saline dans le volume requis a permis d'ajuster la forme de l'implant après pose « in situ ». Deux couches de parois extérieures empêchent la « transpiration », la maintenant au minimum. Les ruptures d'implants de ces générations sont rares mais se sont produites ;
• cinquième génération(créé vers 1995). Durable, rempli de gel de silicone à haute liaison intermoléculaire (cohésion), non sujet à la « transpiration ». Lors du changement de position du corps, la géométrie des implants ne change pas sous l'influence de la gravité - le produit de remplissage conserve la mémoire de sa forme d'origine. Cependant, leur sécurité n’est pas garantie à 100 %.

Produits de remplissage d'implants en silicone :

• silicone liquide, consistance semblable à celle de l'huile végétale ;
• semblable à de la gelée gel de silicone à cohésion standard. Il est difficile d'identifier un implant au toucher ; sa densité correspond à un tissu vivant. Le degré de « transpiration » est faible, mais une telle charge conserve assez mal sa forme ;
• gel haute cohésion, de consistance similaire à la marmelade. Il présente un degré de déformation extrêmement faible, ne « transpire » pas, mais possède une mémoire de forme élevée, c'est-à-dire la zone du corps dans la zone de l'implant peut avoir un aspect non naturel ;
• gel à degré de cohésion moyen(toucher doux), semblable à la viande en gelée. La mémoire de forme est moyenne, la coque ne « transpire » pas ;
• solution saline(Solution à 0,9% de sel de table dans l'eau). La fiabilité des implants est faible, car neuf mois après leur pose dans le corps, le sel cristallise, c'est-à-dire prend une forme partiellement solide. Les cristaux de sel qui en résultent peuvent percer la coque de l'implant.

Selon la zone de pose, les implants auront souvent une forme ovale, moins souvent une forme conique. Dans tous les cas décrits ci-dessous, des implants d'au moins la troisième génération sont utilisés.

Seins en silicone. Bien avant l’apparition des premiers transsexuels rehaussés chirurgicalement, les femmes souhaitaient désespérément améliorer la forme de leur buste. En l'absence d'autres options, diverses astuces ont été utilisées, comme un corsage imprimé et une dentelle volumineuse. Mais ils n'ont travaillé que jusqu'au moment où les seins ont été exposés, et après... après, l'embarras était inévitable. Le chirurgien tchèque Vincent Cerny a tenté pour la première fois de reconstruire les glandes mammaires de l’intérieur en 1895, en utilisant le tissu adipeux de la patiente.

Le développement de l’industrie cinématographique au début du XXe siècle a donné un nouvel élan à l’implantation mammaire. Les chirurgiens recherchaient le matériau optimal pour agrandir le buste d'une femme, en le remplissant de boules de verre, de tissu adipeux, de laine, de ruban plastique roulé, de mousse de polystyrène et même, probablement par analogie avec le verre, de boules d'ivoire. Parmi les méthodes d'implantation répertoriées, la plus inoffensive était tissu adipeux la patiente elle-même, mais le nouveau buste n'a pas conservé sa forme longtemps - le corps a absorbé la graisse et les seins se sont affaissés plus qu'avant.

Mais les formes des stars de cinéma hantaient les blondes teintes des États-Unis et d'Europe. Leur logique était simple : si vous pouvez changer la couleur de vos cheveux, alors pourquoi ne pouvez-vous pas reconstruire vos seins ? Au milieu du siècle dernier, environ 50 000 femmes, pour la plupart américaines et japonaises (des travailleuses de l'industrie du sexe du pays du Soleil Levant), avaient augmenté leur tour de poitrine. Ils utilisaient de nouveaux matériaux issus de l'industrie chimique de l'époque - des éponges en polyvinyle (comme vous le savez, les disques de gramophone étaient fabriqués à partir de vinyle) et du silicone liquide (injecté). Les conséquences furent désastreuses... les seins devinrent si durs qu'il fallut les sauver en les retirant complètement.

Les implants en silicone tels que nous les connaissons aujourd’hui sont apparus en 1961. Ils ont été créés par la société américaine Dow Corning - la coque était en caoutchouc et la charge était en gel de silicone. Trois ans plus tard, le français Arion sort sa version de prothèses en silicone remplies d'eau de mer. Dans les années 80, les implants américains étaient envisagés raison possible cancer du sein et au début des années 90, leur utilisation massive a été interdite. Après une série de poursuites intentées par les propriétaires de seins en silicone, Dow Corning a payé plus de 3 milliards de dollars d'indemnisation et a fait faillite.

Fesses en silicone. Ce type est appelé chirurgie plastique glutéoplastie. Le but de l'utilisation d'implants de ce groupe, comme dans le cas des seins en silicone, est lié à l'augmentation des caractéristiques esthétiques du corps - pour rendre un corps plat volumineux.

Les fesses occupent la deuxième place en termes de popularité parmi les représentants des sexes forts et faibles, ce qui signifie que leurs paramètres attractifs sont recherchés par les propriétaires potentiels d'implants fessiers. La mode des fesses saillantes chez les femmes a été introduite par Jennifer Lopez, danseuse, puis actrice et chanteuse de cinéma. Les fesses de J.Lo sont toujours en tête parmi les autres « fesses de star », ce qui est facilité par sa démonstration constante.

J'ai dû regarder des vidéos désagréables sur Internet avec des implants en silicone dans les fesses, qui pouvaient soi-disant tourner librement sous la peau. En réalité, leur intégration correcte se produit sous muscles fessiers, il n’y a aucun moyen de le reconnaître de l’extérieur, et encore moins de déplacer les implants.

Si les seins remplis de silicone sont principalement populaires parmi les femmes, les fesses en silicone sont tout aussi attrayantes pour les deux sexes - après tout, les fonds plats liés à l'âge sont typiques des hommes et des femmes.

Muscles en silicone. Souvenons-nous des héros de cinéma de la fin des années 80 - des gars brutaux et désespérément gonflés de la classe « hasta la vista, baby », avec un visage non défiguré par la pensée. Schwarzenegger, Stallone, Lungren, The Rock Johnson, Hulk Hogan et bien d'autres - ils étaient tous unis principalement par des muscles volumineux et abondants dans tout le corps. Les héros d’action modernes ne sont plus ce qu’ils étaient. L'intelligence s'est glissée dans leurs traits du visage, les données physiques étaient plutôt de niveau moyen - ils ont commencé à jouer leur rôle, et pas seulement à apparaître dans le cadre comme un tas de muscles avec quelques phrases classiques sur fond de blanc anti-choc. -sourire dentaire.

Bien entendu, les muscles des idoles de cinéma n’avaient pas d’origine naturelle, car aucun entraînement ne leur permettrait de former des cubes et des boules aussi convexes. Des hommes et des femmes, déterminés à se démarquer de la masse grise des terriens aux muscles impressionnants, ont été contraints de s'injecter, de manger et de boire des produits chimiques qui favorisent artificiellement la croissance. fibres musculaires et provoquant un flux sanguin vers les muscles. Les coûts des stéroïdes étaient assez impressionnants : entre 25 000 et 30 000 dollars par an. En même temps, des muscles volumineux et réels force physique n'étaient pas synonymes - un bodybuilder est capable de soulever un poids important sur place, mais n'est pas capable de déplacer un poids qui représente la moitié du poids soulevé, car pas d'endurance musculaire.

Les acteurs d'action modernes de divers genres ont acquis une incroyable capacité à modifier le volume de leur corps en quelques mois, ce que la presse appelle en partie leur talent physique et les compétences des entraîneurs. En réalité, et cela peut être dit avec une grande probabilité, leur corps n'est pas plus entraîné que celui des gens ordinaires qui ne sollicitent leurs muscles que périodiquement. Il est beaucoup plus facile d'obtenir un corps sculpté à l'aide de formes en silicone - implants biceps, cubes abdominaux, deltoïdes, muscles du mollet etc. Et en même temps, aucun défaut dans les tissus et les systèmes du corps ne se produira, la colonne vertébrale ne sera pas menacée par une hernie et les muscles ne seront pas menacés par les vergetures et l'acide lactique. C'est vrai que l'implant peut se rompre...

Je présente une vidéo sur les deux « jocks d'implants » les plus célèbres du monde Internet, qui se considèrent irrésistiblement beaux (je ne partage pas leur opinion) - le anglo-brésilien Rodrigo Alves et l'américain Justin Jetlik :

Les muscles artificiels sont bons car ils ne contiennent pas d’éléments internes en mouvement. Il s'agit d'une autre alternative, assez radicale, aux moteurs électriques et pneumatiques avec hydraulique. Les échantillons existants aujourd’hui sont soit des polymères sensibles à la contrainte ou à la température, soit des alliages à mémoire de forme. Les premiers nécessitent une tension assez élevée, tandis que les seconds ont une amplitude de mouvement limitée et sont également très coûteux. Pour créer des robots souples, de l'air comprimé est également utilisé, mais cela nécessite la présence de pompes et complique la conception. Pour fabriquer des muscles artificiels, nous nous sommes tournés vers la recette de scientifiques de l'Université de Columbia, qui ont réussi à combiner puissance élevée, légèreté, élasticité et simplicité étonnante dans un seul modèle. Les muscles sont en silicone souple ordinaire, dans lequel des bulles d'alcool sont préalablement injectées. Lorsqu'il est chauffé avec une spirale nichrome, l'alcool qu'ils contiennent commence à bouillir et le silicone gonfle considérablement. Cependant, si vous mettez tout cela dans une tresse rigide avec un tissage de fils perpendiculaire, le gonflement se transformera en contraction normale - de la même manière que fonctionnent les moteurs pneumatiques McKibben.

Étant donné que le silicone ne conduit pas bien la chaleur, il est important de ne pas appliquer trop de puissance sur la résistance, sinon le polymère commencera à fumer. Bien sûr, cela semble impressionnant et ne gêne guère le travail, mais cela peut finalement provoquer un incendie. Une faible puissance n’est pas non plus une bonne chose, car le temps de réduction peut alors être retardé. Dans tous les cas, un capteur thermique limite et un contrôleur PWM ne seront pas superflus dans la conception.

Méthodes

Les muscles en silicone sont de conception étonnamment simple, et lorsque vous travaillez avec eux, vous ne rencontrez en réalité que deux problèmes : sélectionner la puissance et créer des moules de coulée assez pratiques.

Il est pratique de réaliser des moules de remplissage à partir de feuilles de plastique transparentes. Gardez simplement à l'esprit que le mécanisme de fixation de la spirale à l'intérieur du polymère doit être pensé à l'avance : après avoir coulé, il sera trop tard.

Et des matériaux

Le silicone souple pour le renforcement musculaire peut être acheté dans les magasins d’artisanat. La tresse du tissage requis est généralement utilisée pour organiser et câbler les câbles ; vous devriez la rechercher auprès des électriciens. Les plus grandes difficultés surviennent avec l'éthanol à 96 pour cent, qui est plus difficile à acheter en Russie qu'un réservoir. Cependant, il peut être remplacé par de l'isopropanol.

Popular Mechanics tient à remercier le Skeleton Shop pour son aide au tournage. 24 février 2014

Comment fabriquer des muscles artificiels à partir de fil de pêche

Des chercheurs de l'Université du Texas à Dallas (États-Unis) ont présenté des muscles synthétiques 100 fois plus puissants que de véritables fibres musculaires de même longueur et masse.

Dans le même temps, la technologie de fabrication elle-même s’est avérée étonnamment simple. Les muscles artificiels ne nécessitaient pas de polymères synthétiques sophistiqués : Ray Baughman et ses collègues ont simplement pris un fil de polymère comme celui utilisé pour fabriquer des lignes de pêche ou des fils synthétiques et l'ont tordu en spirale. Cette spirale pouvait se tordre et s’étirer lorsque la température changeait. Il est curieux que le processus technique puisse être modifié de manière à ce que l'effet soit inverse, c'est-à-dire que le fil s'enroule lors du refroidissement et s'étire lorsqu'il est chauffé. En faisant varier le nombre de fils dans un faisceau, il est possible d'obtenir différentes caractéristiques mécaniques de la « fibre musculaire » artificielle.

Fibres synthétiques constituées de six brins d'épaisseurs différentes :
celui du haut est constitué de fils de 2,45 mm d'épaisseur, celui du bas est constitué de fils de 150 microns d'épaisseur.
(Photo des auteurs de l'ouvrage.)

Et ces caractéristiques sont vraiment impressionnantes. Premièrement, comparés aux muscles normaux, qui ne peuvent se contracter que de 20 % de leur longueur, les muscles artificiels peuvent rétrécir de moitié. Bien entendu, ces muscles ne savent pas non plus se fatiguer rapidement. Si l’on combine une centaine de fibres élémentaires, un tel muscle peut soulever plus de 700 kg. Par rapport à leur poids, les fibres peuvent produire 7,1 chevaux. par kg, ce qui correspond, selon les chercheurs, à la puissance d'un moteur à réaction.

Leur moteur, comme déjà mentionné, est une différence de température, qui peut être obtenue de n'importe quelle manière - que ce soit à l'aide d'une réaction chimique ou par l'électricité (ou même en chauffant ces fibres avec votre souffle). Quant aux fibres elles-mêmes, les scientifiques soulignent particulièrement la simplicité exceptionnelle de leur fabrication : disent-ils, tout étudiant le fera lors d'un laboratoire ordinaire, l'essentiel est d'observer conditions physiques, dans lequel vous déformerez le fil. Le génie des auteurs de l’idée est qu’ils ont réussi à deviner l’énorme potentiel physique de cette structure polymère triviale.

En fait, la simplicité de ces muscles rend probablement difficile d’apprécier immédiatement le caractère révolutionnaire de l’invention. Même si les chercheurs ont bien sûr démontré son application possible : adaptés à la fenêtre, ils la fermaient et l'ouvraient en fonction de la température ambiante. De plus, il a été possible de créer un tissu tissé à partir de fibres dont la porosité changeait à nouveau en fonction de la température, et à partir de là, il est facile d'imaginer des vêtements « intelligents » qui vous ventileront par temps chaud et économiseront de la chaleur par temps froid. .

Mais bien sûr, la part du lion des fantasmes autour des muscles artificiels est donnée à la robotique. Il est clair que ces fibres peuvent devenir un analogue direct des muscles humains des robots, à l'aide desquels ils peuvent même modifier leurs expressions faciales. Muscles synthétiques sera utile aussi bien pour soulever des poids que pour effectuer des manipulations chirurgicales délicates (si l'on imagine les dispositifs médicaux du futur).

Dans le passé, des tentatives ont été faites pour fabriquer de telles fibres à partir de nanotubes de carbone. Selon Ray Boughman, qui a franchi cette étape, les expériences avec les nanotubes ont été couronnées de succès, mais, d'une part, ces « nanomuscles » sont très difficiles à fabriquer et extrêmement coûteux, et d'autre part, ils n'ont été réduits que de 10 % de leur longueur, c'est-à-dire , ils étaient inférieurs même aux muscles vivants ordinaires, sans parler des fibres polymères récemment découvertes.

Pour l’instant, nous n’avons qu’une seule question, qui concerne l’efficacité et l’économie : quelle quantité de chaleur (et donc d’énergie électrique ou chimique) faut-il dépenser pour leur fonctionnement mécanique ? Les auteurs admettent que, comme tous les muscles artificiels en général, leurs fibres en ce sens ne sont pas particulièrement efficaces, mais on espère que dans ce cas il sera possible d'optimiser assez rapidement les coûts énergétiques.

Adapté de l'Université du Texas à Dallas : Des chercheurs créent des muscles puissants à partir d'une ligne de pêche et d'un fil.

dos

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