Sodobni roboti zmorejo veliko. Toda hkrati so daleč od človeške lahkotnosti in milosti gibov. In razlog za to so nepopolne umetne mišice. Znanstveniki iz mnogih držav poskušajo rešiti ta problem. Članek bo posvečen kratek pregled njihove neverjetne izume.

Polimerne mišice singapurskih znanstvenikov

Korak proti novejšemu so naredili izumitelji iz National Danes se težki androidi premikajo zaradi delovanja hidravličnih sistemov. Pomembna pomanjkljivost slednjega je nizka hitrost. Umetne mišice za robote, ki so jih predstavili singapurski znanstveniki, kiborgom omogočajo ne samo dvigovanje predmetov, ki so 80-krat težji od njih lastna teža, ampak tudi storite tako hitro kot oseba.

Inovativni razvoj, ki se razteza petkrat v dolžino, pomaga robotom, da »obidejo« celo mravlje, za katere je znano, da lahko nosijo predmete, ki so 20-krat težji od lastne telesne teže. Polimerne mišice imajo naslednje prednosti:

• prilagodljivost;
• neverjetna moč;
• elastičnost;
• sposobnost spreminjanja oblike v nekaj sekundah;
• sposobnost preobrazbe kinetična energija na elektriko.

Vendar pa se znanstveniki ne nameravajo ustaviti pri tem - nameravajo ustvariti umetne mišice, ki bi robotu omogočile, da dvigne breme, ki je 500-krat težje od njega!

Odkritje s Harvarda - mišice iz elektrod in elastomera

Izumitelji, ki delajo na School of Applied Sciences and Engineering na Univerzi Harvard, so predstavili povsem nove umetne mišice za tako imenovane "mehke" robote. Po mnenju znanstvenikov njihova ideja, sestavljena iz mehkega elastomera in elektrod, ki vsebujejo ogljikove nanocevke, po kakovosti ni slabša od človeških mišic!

Vsi danes obstoječi roboti, kot že rečeno, temeljijo na pogonih, katerih mehanizem je hidravlični ali pnevmatski. Takšni sistemi delujejo na stisnjen zrak ali reakcijo kemikalije. Zaradi tega je nemogoče sestaviti robota, ki bi bil mehak in hiter kot človek. Znanstveniki s Harvarda so to pomanjkljivost odpravili tako, da so ustvarili povsem nov koncept umetnih mišic za robote.

Nova "mišica" kiborgov je večplastna struktura, v kateri elektrode iz nanocevk, ustvarjene v Clarkovem laboratoriju, nadzorujejo zgornjo in spodnjo plast upogljivih elastomerov, ki so plod znanstvenikov s kalifornijske univerze. Takšne mišice so idealne tako za »mehke« androide kot za laparoskopske instrumente v kirurgiji.

Znanstveniki s Harvarda se niso ustavili pri tem čudovitem izumu. Eden od njihovih najnovejših dosežkov je biorobot stingray. Njegove sestavine so celice srčne mišice podgan, zlato in silikon.

Izum Bauchmanove skupine: druga vrsta umetne mišice na osnovi ogljikovih nanocevk

Leta 1999 je v avstralskem mestu Kirchberg na 13. srečanju mednarodne zimske šole o elektronskih lastnostih inovativnih materialov nastopil znanstvenik Ray Bauchman, ki dela v podjetju Allied Signal in vodi mednarodno raziskovalno skupino. Njegovo sporočilo je bilo na temo izdelave umetnih mišic.

Razvijalci pod vodstvom Raya Bauchmana so ga lahko predstavili v obliki listov nanopapirja. Cevi v tem izumu so bile prepletene in pomešane na vse mogoče načine. Sam nanopapir je bil po videzu podoben običajnemu papirju – lahko ga je bilo prijeti v roke in rezati na trakove in kose.

Eksperiment skupine je bil na videz zelo preprost – znanstveniki so nanj pritrdili koščke nanopapirja na različne stranke lepilni trak in to strukturo spustil v prevodno raztopino soli. Po vklopu nizkonapetostne baterije sta se oba nanotraka podaljšala, še posebej tisti, ki je povezan z negativnim polom električne baterije; potem se je papir upognil. Model umetne mišice je deloval.

Sam Bauchman verjame, da bo njegov izum po kakovostni posodobitvi močno preobrazil robotiko, saj takšne karbonske mišice ob upogibu/raztegu ustvarjajo električni potencial – proizvajajo energijo. Poleg tega so takšne mišice trikrat močnejše od človeških mišic, lahko delujejo pri izjemno visokih in nizkih temperaturah, za svoje delo uporabljajo nizek tok in napetost. Možno ga je uporabiti za protetiko človeških mišic.

Univerza v Teksasu: umetne mišice iz ribiške vrvice in sukanca za šivanje

Eden najbolj neverjetnih je delo znanstvena skupina z Univerze v Teksasu, ki se nahaja v Dallasu. Uspelo ji je pridobiti model umetne mišice, ki po moči in moči spominja na reaktivni motor - 7,1 KM/kg! Takšne mišice so stokrat močnejše in bolj produktivne od človeških. Toda najbolj neverjetno pri tem je, da so bili izdelani iz primitivnih materialov - visoko trdne polimerne ribiške vrvice in sukanca za šivanje.

Prehrana takšne mišice je temperaturna razlika. Zagotavlja ga šivalni sukanec, prevlečen s tanko plastjo kovine. Vendar pa bodo robotske mišice v prihodnosti morda poganjale temperaturne spremembe v njihovem okolju. Mimogrede, to lastnost je mogoče uporabiti za vremensko prilagojena oblačila in druge podobne naprave.

Če polimer zasukate v eno smer, se bo pri segrevanju močno skrčil in pri hlajenju hitro raztegnil, če pa ga zasukate v drugo smer, bo popolnoma nasprotno. Tako preprosta zasnova lahko na primer vrti velik rotor s hitrostjo 10 tisoč obratov/min. Prednost takšnih umetnih mišic iz ribiške vrvice je, da se lahko skrčijo do 50 % svoje prvotne dolžine (človeške mišice le 20 %). Poleg tega jih odlikuje neverjetna vzdržljivost - te mišice se ne "utrudijo" niti po milijonih ponovitev akcije!

Od Teksasa do Amurja

Odkritje znanstvenikov iz Dallasa je navdihnilo številne znanstvenike z vsega sveta. Vendar pa je le en robotik uspel uspešno ponoviti njihovo izkušnjo - Alexander Nikolaevich Semochkin, vodja laboratorija informacijska tehnologija na BSPU.

Sprva je izumitelj potrpežljivo čakal na nove članke v Science o množičnem izvajanju izuma svojih ameriških kolegov. Ker se to ni zgodilo, se je amurski znanstvenik s svojimi somišljeniki odločil, da ponovi čudovit poskus in ustvari umetne mišice z lastnimi rokami iz bakrene žice in ribiške vrvice. Toda, žal, kopija se je izkazala za neuporabno.

Umetne mišice iz najlonske ribiške vrvice

Z navadno ribiško vrvico iz polimernega materiala lahko naredite zabaven eksperiment. Če ribiško vrvico raztegnete po dolžini in, ko držite en konec, drugo dolgo zavrtite okoli svoje osi, potem se na ribiški vrvici oblikujejo gosti obroči in ta dobi videz spiralne vzmeti. Pri segrevanju se ta vzmet skrči, pri ohlajanju pa podaljša. Ekipa novosibirskih šolarjev je na mednarodnem turnirju raziskovala lastnosti takšne "umetne mišice" mladi fiziki IYPT-2015. Zanimivo je, da lahko za kvantitativni opis kontrakcije takšnih mišic uporabimo Kalugaryan–White–Fullerjev izrek, ki je prej našel uporabo v molekularni biologiji pri opisovanju superzvite DNK.

Umetna mišična vlakna, ki so sposobna večkratnega krčenja pod vplivom zunanjega dražljaja in opravljanja mehanskega dela, bodo morda v bližnji prihodnosti našla uporabo v različnih aplikacijah, od eksoskeletov in industrijskih robotov do mikrofluidnih tehnologij. Razvoj in raziskave umetnih mišic potekajo v različnih smereh - kovine s spominom oblike, elektroaktivni polimeri, snopi ogljikovih nanocevk. Pred kratkim je skupina raziskovalcev predlagala uporabo spiral iz navadne ribiške vrvice kot poceni in zelo učinkovitih umetnih mišic (Haines et al., 2014). Takšna umetna mišica se pri segrevanju opazno skrči in pri ohlajanju ponovno podaljša. Udeležence so prosili, naj izdelajo spiralno mišico iz najlonske ribiške vrvice in preučijo njene lastnosti. Mednarodni turnir mladi fiziki IYPT-2015 v nalogi “Umetna mišica”.

Mišice potrebujejo trening

V naših poskusih smo uporabili ribiško vrvico s premerom 0,7 mm. Da bi ga zvili v spiralo, smo električni vrtalnik pritrdili v navpični položaj, en konec ribiške vrvice vpeli v vpenjalno glavo, na drugi konec pa pritrdili utež, ki tehta 3 N - s to utežjo se ribiška vrvica ne bo zlomila, ampak se bo zvil v enotno spiralo. Med postopkom zvijanja se mora obremenitev dvigniti navzgor, ne da bi se vrtela okoli navpične osi, za kar je na njej nameščena ključavnica.

Ko se vzdolžna vlakna na površini ribiške vrvice zvijejo za približno 45° glede na vzdolžno os, se ribiška vrvica začne zvijati v tesno spiralo. Pri zvijanju se začetni kos ribiške vrvice, dolg 1 m, spremeni v 17 cm spiralo. V tem primeru je najlon podvržen tako močni plastični deformaciji, da se po odstranitvi vrtilne sile spirala skoraj ne odvije nazaj. Načeloma je mogoče to novo stanje vlaken popraviti s počasnim segrevanjem linije na temperaturo blizu tališča in nato ohlajanjem.

Da bi se izognili odvijanju spirale med nadaljnjimi testi, smo sestavili umetno mišico iz dveh spiral z desnim in levim kodrom in ju pritrdili vzporedno. Na navpično obešeno mišico je bilo od spodaj pritrjeno dvižno breme. Za krčenje mišice so jo skozi cev dovajali na njen zgornji konec. topla voda, ki je prosto tekla po spiralah. Temperaturo mišice smo izmerili s termičnim senzorjem, ki je bil nanjo pritrjen, raztezek pa z ultrazvočnim senzorjem pomika.

Delo, ki ga opravi motor, da premakne breme proti konstanti delujoča sila, je enak zmnožku velikosti sile in premika. Na primer, pri premikanju prosto visečega bremena, ki tehta 10 N, navzgor (tj. v smeri, ki je nasprotna gravitacijskemu vektorju) za 0,03 m, dvigalo opravi delo 10 N × 0,03 m = 0,3 J.

Ko smo v več zaporednih testih izmerili, kako je dolžina mišice, na katero je obešeno breme 10 N, odvisna od temperature, smo ugotovili učinek treninga: po prvih ciklih segrevanja in ohlajanja se je mišica podaljšala, od četrtega pa cikli so se začeli reproducirati, tako da je bila trenirana mišica dolga 200 mm, ko se je segrela od 20 do 80 °C, se je vsakič skrčila za 30 mm, pri čemer je opravila delo 0,3 J, nato pa se je raztegnila za enako količino, ko se je ohladila. Pri segrevanju je spirala absorbirala toplotno energijo 50 J, tako da je bila učinkovitost mišice 0,06 %.

Zasuk in serpentina

Pojasnimo zdaj, zakaj se najlonska vijačnica skrči, ko se temperatura poveča. Izkušnje kažejo, da se pri segrevanju skrči tudi nezvita ribiška vrvica z obešenim bremenom, čeprav ne tako opazno. To zmanjšanje je posledica anizotropije materiala, iz katerega je izdelana ribiška vrvica. Ko je staljeni najlon potisnjen skozi predilno mrežo, so dolge polimerne molekule usmerjene vzdolž črte. Pri segrevanju se obremenjena polimerna vlakna obnašajo enako kot niti raztegnjene gume (Treloar, 1975) – krčijo se, s čimer se poveča entropija sistema.

Zdaj razmislite o ribiški vrvi, zaviti do točke, kjer se začne zvijati v spiralo. Kot že omenjeno, so v tem stanju vzdolžna vlakna na površini ribiške vrvice zvita za približno 45° glede na os. Ko se vrvica segreje, se zvita vlakna skrčijo, zaradi česar se vrvica odvija. Zaradi poenostavitve bomo predpostavili, da če se vlakna zmanjšajo za 1 %, potem je število vrtljajev, s katerimi se ribiška vrvica odvije, 1 % skupnega števila vrtljajev, s katerimi se zvije.

Ugotoviti moramo le, kako sta kontrakcija vlaken in kontrakcija spiralne mišice povezana. Razvijanje preprostega matematičnega modela za opis tega razmerja je bil pomemben del naše rešitve problema. Posledično smo za opis kontrakcije spirale uporabili formulo Calugareanu–White–Fuller (CWF):

kar je bilo dokazano v diferencialni geometriji (Călugăreanu, 1959; White, 1969; Fuller, 1971), nato pa je našlo uporabo v molekularni biologiji pri opisu superzvite DNK (Fuller, 1978; Pohl, 1980).

Zaročna številka Lk (angleško – vezno številko) v tej formuli kaže, za koliko obratov je bil zavit spodnji konec ribiške vrvice glede na zgornji. To število je topološka invarianta: ostane nespremenjeno pri deformacijah spirale, če se spodnji konec črte ne odvije glede na zgornji.

Formula CWF pravi, da je mogoče zobniško število razstaviti na dva člena – Tw ( zvijanje) in Wr ( pisanje), katere vsota v našem poskusu ostane nespremenjena. Število Tw označuje zasuk vlaken znotraj ribiške vrvice (primarno); število Wr – zunanji zasuk same ribiške vrvice (sekundarni), ko tvori prostorsko spiralo.

Da bi bolje razumeli pomen te formule, vzemite tanko plastično vrvico, na njeno površino z flomastrom narišite ravno črto, nato pa vrvico spiralno navijte okoli kosa debele cevi, tako da je narisana črta obrnjena navzven od cevi. . Predpostavimo, da je vrvica ovita okoli cevi za 5 obratov. V tem stanju je notranja zvitost vlaken vrvice Tw = 0, število vpetja pa je enako zunanji zvitosti: Lk = Wr = 5. Zdaj primite konca vrvice z obema rokama, odstranite vrvico iz cevi. ne da bi sprostili roke, in jo raztegnite. Vrvica se je raztegnila v ravni črti, prostorski obroči so izginili in zdaj je njen zunanji zasuk Wr = 0. Hkrati se je izkazalo, da je vrvica zasukana okoli svoje osi, število vrtljajev njenega notranjega zasuka pa je postalo enako na število vklopov: Tw = Lk = 5.

V zgoraj omenjenih matematičnih delih je bila najdena matematična formula za izračun zunanjega zasuka Wr v splošnem primeru. Za enakomerno spiralno zvijanje je ta formula močno poenostavljena (Fuller, 1978) in ima obliko

Wr = n∙(1 – sin α),

kje n je število ovojev zunanje spirale, α je nagibni kot vijačnice spirale.

Ko smo meter dolgo ribiško vrvico zvili v spiralo, je vpenjalna glava naredila 360 obratov, preden so nastala krila (zanke), in 180 obratov po nastanku kril; v tem primeru se je za vsako revolucijo pojavilo eno novo jagnje. To pomeni, da ni več prihajalo do notranjega zvijanja vrvice med nastajanjem kril, zato je bila končana mišica označena s številkama Tw = 360, Wr = 180.

Izkušnje kažejo, da se nesukana najlonska vrvica pri segrevanju od 20 do 80°C skrči za 1,1 %, predvidevamo, da to krčenje vlaken povzroči zmanjšanje notranjega zasuka Tw tudi za 1,1 %, to je za 4 zavoje. Tako se zunanji zasuk Wr poveča za 4 obrate, tj. za 2,2 %. Število zavojev spirale n se ne spremeni, kar pomeni, da se vrednost izraza (1 – sin α) poveča za 2,2 %, to pomeni, da se vrednost kota α zmanjša, zaradi česar se spirala skrajša. V končani spiralni mišici je sin α ≈ 0,16, tako da povečanje vrednosti (1 – sin α) za 2,2 % povzroči zmanjšanje sin α za 13 %. Točno za toliko se je zmanjšala višina spirale v našem poskusu.

Seveda je sprejeti model precej surov, vendar daje rezultate, ki so skladni z eksperimentom. Njegova glavna prednost je preprostost: namesto da bi opisali strukturo vlaken ribiške vrvice, operiramo s številkami Tw, Wr in Lk, ki jih je enostavno eksperimentalno izračunati. Celotna grobost modela je v predpostavki, da je relativno zmanjšanje notranjega zasuka vijačnice enako relativnemu zmanjšanju vlaken nezvite ribiške vrvice pri enaki temperaturni spremembi. To predpostavko bi lahko preizkusili v posrednem poskusu z ribiško vrvico, zvito do točke, ko se bodo na njej kmalu začela oblikovati perutnice, in jo pritrdili v tem stanju s segrevanjem na temperaturo blizu tališča najlona in kasnejšim ohlajanjem.

Literatura

Călugăreanu G. L’ intégral de Gauss et l’analyse des noеuds tridimensionnels // Rev. matematika Pures Appl. 1959. V. 4. P. 5–20.

Cherubini A., Moretti G, Vertechy R., Fontana M. Eksperimentalna karakterizacija termično aktiviranih umetnih mišic na osnovi navitih najlonskih ribiških vrvi // AIP Advances. 2015. V. 5. Dok. 067158.

Haines C. S., Lima M. D., Na Li et al. Umetne mišice iz ribiške vrvice in niti za šivanje // Science. 2014. V. 343. P. 868–872.

Fuller F. B. Zvijanje števila prostorske krivulje // ​​Proc. Nat. Akad. Sci. ZDA. 1971. V. 68. P. 815–819.

Fuller F. B. Razgradnja veznega števila zaprtega traku: problem molekularne biologije // Proc. Nat. Akad. Sci. ZDA. 1978. V. 75. P. 3557–3561.

Pohl W. F. DNK in diferencialna geometrija // Math. Inteligencer. 1980. V. 3. P. 20–27.

Treloar L. R. G. Fizika elastičnosti gume. Oxford University Press, 1975.

White J. H. Samopovezava in Gaussov integral v visokih dimenzijah // Am. J. Math. 1969. V. 91. P. 693–728.

Branje članka bo trajalo: 6 min.

Pulchritudo mundum servabit

(iz latinščine - lepota bo rešila svet)

Ne glede na trenutni standard lepote človeškega telesa je bilo vedno povpraševanje. Lepa telesa imajo boljše možnosti, da se uspešno poročijo, napredujejo v karieri, postanejo priljubljeni in celo postanejo izbira ljudi... spet kino in gledališče. Seveda si ljudje, prikrajšani za standardno lepoto, prizadevajo, da bi svoje "preprosto malo telo" vsaj malo približali standardu, se mučijo z dietami, telesna aktivnost, nošenje steznikov in v skrajnem primeru komuniciranje po Skypu izključno v pogovornem načinu brez videa ali, v primeru slabe dikcije, samo dopisovanje. Toda za sodobno industrijo silikonskih kalupov nič ni nemogoče!

Več kot pol stoletja je bilo razvitih pet generacij vsadkov »za popravljanje lepote telesa«. Treba je opozoriti, da med njimi ni popolnoma varne različice:

• prve generacije(1960-1970) je bila značilna trpežna in debela silikonska lupina z gladko površino, njene konture so bile razločne skozi kožo, ob pritisku pa se je slišalo škrtanje, podobno zvoku zmečkanja lista papirja. Kljub debelini lupine se je njeno polnilo delno »znojilo«, kar je povzročilo delno gubanje tkiva;
• druga generacija(1970-1980) so imeli silikonski vsadki tanjšo lupino in gladko površino. Polnilo je, tako kot v prvi generaciji, silikonski gel. Niso škrtale, ampak so imele višjo stopnjo »potenja« in, kar je bilo veliko huje, pogosto so se trgale. Nekateri modeli vsadkov so bili prekriti s spužvastim materialom iz mikropoliuretanske pene, ki je zmanjšal verjetnost vnetja in preprečil premikanje vsadka;
• v školjkah tretje in četrte generacije(nastal okoli leta 1985) je upošteval pomanjkljivosti prejšnjih modelov - teksturo na površini, dvojne stene in dvojno komoro, s silikonskim gelom v zunanji in fiziološko raztopino v notranji. Vnos fiziološke raztopine v zahtevanem volumnu je omogočil prilagoditev oblike implantata po namestitvi "in situ". Dve plasti zunanjih sten sta preprečili "znojenje" in ga zmanjšali na minimum. Rupture vsadkov iz teh generacij so redke, vendar so se zgodile;
• peta generacija(nastala okoli leta 1995). Trpežna, napolnjena s silikonskim gelom z visoko medmolekularno vezjo (kohezijo), ni nagnjena k "potenju". Pri spremembi položaja telesa se geometrija vsadkov pod vplivom gravitacije ne spremeni – polnilo ohrani spomin na prvotno obliko. Vendar pa ni 100-odstotnega zaupanja v njihovo varnost.

Silikonska polnila za vsadke:

• tekoči silikon, konsistenca podobna rastlinskemu olju;
• podoben želeju silikonski gel s standardno kohezijo. Na dotik je implantat težko prepoznati, njegova gostota ustreza živemu tkivu. Stopnja "potenja" je nizka, vendar to polnilo precej slabo ohranja svojo obliko;
• gel z visoko kohezijo, po konsistenci podobni marmeladi. Ima izredno nizko stopnjo deformacije, se ne "znoji", ima pa visok spomin oblike, tj. del telesa na območju vsadka ima lahko nenaraven videz;
• gel s srednjo stopnjo kohezije(soft touch), podoben želeju. Spomin oblike je povprečen, lupina se ne "znoji";
• fiziološka raztopina(0,9% raztopina kuhinjske soli v vodi). Zanesljivost vsadkov je šibka, saj po devetih mesecih od trenutka vgradnje v telo sol kristalizira, t.j. prevzame delno trdno obliko. Nastali kristali soli lahko prebodejo lupino implantata.

Glede na področje namestitve bodo vsadki pogosto ovalne, redkeje stožčaste oblike. V vseh spodaj opisanih primerih se uporabljajo vsadki vsaj tretje generacije.

Silikonske prsi. Dolgo preden so se pojavili prvi kirurško povečani transseksualci, so si ženske obupno želele izboljšati obliko svojega oprsja. Ker drugih možnosti ni bilo, so bili uporabljeni različni triki, kot sta potiskan steznik in voluminozna čipka. A delovali so le do trenutka, ko so bile oprsje razkrite, potem pa ... potem je bila zadrega neizogibna. Prvi poskus rekonstrukcije mlečnih žlez od znotraj je izvedel češki kirurg Vincent Cerny leta 1895 z uporabo maščobnega tkiva pacientke.

Razvoj filmske industrije na začetku 20. stoletja je dal nov zagon prsnim vsadkom. Kirurgi so iskali optimalen material za povečanje ženskega oprsja, ki so ga polnili s steklenimi kroglicami, maščobnim tkivom, volno, zvitimi plastičnimi trakovi, polistirensko peno in celo, verjetno po analogiji s steklom, kroglicami iz slonovine. Med naštetimi načini vsaditve je bil najbolj neškodljiv maščobno tkivo sama pacientka, a novo oprsje ni dolgo obdržalo svoje oblike – telo je vpijalo maščobo in prsi so se povesile bolj kot prej.

Toda oblike filmskih zvezd so preganjale pobarvane blondinke iz ZDA in Evrope. Njihova logika je bila preprosta – če lahko spremenite barvo las, zakaj potem ne morete rekonstruirati svojih prsi? Do sredine prejšnjega stoletja je približno 50.000 žensk, večinoma Američank in Japonk (delovk v seksualni industriji iz dežele vzhajajočega sonca), povečalo obseg prsi. Uporabili so nove materiale iz takratne kemične industrije - polivinilne gobe (kot veste, so gramofonske plošče izdelovali iz vinila) in tekoči silikon (vbrizgan). Posledice so bile hude... dojke so postale tako trde, da so morali lastnici rešiti tako, da so ju popolnoma odstranili.

Silikonski vsadki, kot jih poznamo danes, so se pojavili leta 1961. Ustvarila jih je ameriška korporacija Dow Corning - lupina je bila izdelana iz gume, polnilo pa je bil silikonski gel. Tri leta kasneje francoski Arion izda svojo različico silikonskih protez, napolnjenih z morsko vodo. V 80. letih so razmišljali o ameriških vsadkih možen razlog raka na dojki in do začetka 90. let so jih prepovedali za množično uporabo. Po množici tožb lastnikov silikonskih oprsij je Dow Corning plačal več kot tri milijarde dolarjev odškodnine in popolnoma bankrotiral.

Silikonska zadnjica. Ta vrsta se imenuje plastična kirurgija gluteoplastika. Namen uporabe vsadkov te skupine, tako kot v primeru silikonskih prsi, je povezan s povečanjem estetskih lastnosti telesa - narediti ravno eno voluminozno.

Zadnjice zasedajo drugo mesto po priljubljenosti med predstavniki močnejšega in šibkejšega spola, kar pomeni, da so njihovi privlačni parametri v povpraševanju med potencialnimi lastniki zadnjičnih vsadkov. Modo štrleče zadnjice med ženskami je uvedla Jennifer Lopez, plesalka, nato filmska igralka in pevka. Zadnjica J.Lo vedno vodi med drugimi "zvezdniškimi zadnjicami", k čemur pripomore njena nenehna demonstracija.

Na internetu sem moral gledati neprijetne posnetke s silikonskimi vsadki v zadnjici, ki naj bi se lahko prosto vrteli pod kožo. V resnici se njihova pravilna integracija zgodi pod glutealne mišice, navzven ga ni mogoče prepoznati, še manj premakniti vsadke.

Če so silikonsko polnjene prsi priljubljene predvsem med ženskami, je silikonska zadnjica enako privlačna za oba spola – navsezadnje je starostna ravna zadnjica značilna tako za moške kot za ženske.

Silikonske mišice. Spomnimo se filmskih junakov poznih 80-ih - brutalnih, obupno napumpanih fantov iz razreda "hasta la vista, babe", z obrazom, ki ga misel ni iznakazila. Schwarzenegger, Stallone, Lungren, The Rock Johnson, Hulk Hogan in številni drugi – vse so združevale predvsem voluminozne, bogate mišice po celem telesu. Sodobni akcijski junaki niso več to, kar so bili. Inteligenca se je prikradla v njihove poteze obraza, fizični podatki so bili bolj na srednji ravni - začeli so igrati svoje vloge in se ne pojavljajo le v kadru kot kup mišic z nekaj frazami na ozadju bele proti udarcem. - nazobčan nasmeh.

Mišice filmskih idolov seveda niso naravnega izvora, saj jim noben trening ne bi omogočil oblikovanja tako konveksnih kock in kroglic. Moški in ženske, odločeni izstopati iz sive mase zemljanov z impresivnimi mišicami, so bili prisiljeni vbrizgavati, jesti in piti kemikalije, ki umetno spodbujajo rast. mišična vlakna in povzroči pretok krvi v mišice. Stroški steroidov so bili precej impresivni - od 25.000 do 30.000 $ letno. Hkrati voluminozne mišice in prave fizična moč niso bili sinonimi – bodybuilder je sposoben dvigniti znatno težo na mestu, vendar ne more premakniti teže, ki je polovica dvignjene teže, ker brez mišične vzdržljivosti.

Sodobni akcijski igralci različnih žanrov so pridobili neverjetno sposobnost spreminjanja volumna svojega telesa v nekaj mesecih, kar tisk imenuje nekaj njihovega fizičnega talenta in spretnosti trenerjev. V resnici, in to lahko rečemo z veliko verjetnostjo, njihova telesa niso nič bolj natrenirana kot telesa običajnih ljudi, ki svoje mišice obremenjujejo le občasno. Veliko lažje je do izklesanega telesa s pomočjo silikonskih oblik - bicepsnih vsadkov, trebušnih kock, deltoidov, telečje mišice itd. In hkrati ne bo prišlo do okvar v tkivih in sistemih telesa, hrbtenici ne bo ogrožena kila, mišicam pa strije in mlečna kislina. Res je, implantat lahko poči...

Predstavljam video o dveh najbolj znanih “implantatjih” v svetu interneta, ki se imata za neustavljivo lepa (ne delim njunega mnenja) – britansko-brazilskem Rodrigu Alvesu in Američanu Justinu Jetliku:

Umetne mišice so dobre, ker ne vsebujejo notranjih gibljivih elementov. To je še ena, precej radikalna alternativa elektromotorjem in pnevmatiki s hidravliko. Obstoječi vzorci danes so polimeri ali zlitine s spominom oblike, občutljivi na napetost ali temperaturo. Prvi zahtevajo precej visoko napetost, drugi pa imajo omejen obseg gibanja in so tudi zelo dragi. Za ustvarjanje mehkih robotov se uporablja tudi stisnjen zrak, vendar to zahteva prisotnost črpalk in zaplete zasnovo. Za izdelavo umetnih mišic smo se obrnili na recept znanstvenikov z univerze Columbia, ki jim je uspelo združiti visoko moč, lahkotnost, elastičnost in neverjetno preprostost v enem dizajnu. Mišice so navaden mehak silikon, v katerega se vnaprej vbrizgajo mehurčki alkohola. Pri segrevanju z nikromovo spiralo alkohol v njih začne vreti, silikon pa močno nabrekne. Če pa vse to spravite v togo pletenico s pravokotnim prepletanjem niti, se bo oteklina spremenila v normalno krčenje – podobno kot delujejo zračni motorji McKibben.

Ker silikon slabo prevaja toploto, je pomembno, da tuljavi ne dovajate preveč moči, sicer se bo polimer začel kaditi. To je seveda videti impresivno in skoraj ne moti dela, a na koncu lahko povzroči požar. Nizka moč prav tako ni dobra, saj se lahko čas zmanjšanja zamakne. V vsakem primeru omejevalni toplotni senzor in krmilnik PWM pri zasnovi ne bosta odveč.

Metode

Silikonske mišice so po zasnovi presenetljivo preproste in pri delu z njimi res naletite le na dve težavi: izbira moči in ustvarjanje dokaj priročnih kalupov za vlivanje.

Priročno je izdelati kalupe za polnjenje iz prozornih plastičnih plošč. Upoštevajte le, da je treba mehanizem za pritrditev spirale znotraj polimera premisliti vnaprej: po vlivanju bo prepozno.

In materiali

Mehki silikon za ustvarjanje mišic lahko kupite v trgovinah z umetniškim materialom. Pletenica potrebnega tkanja se običajno uporablja za organizacijo in ožičenje kablov; Največje težave nastanejo pri 96-odstotnem etanolu, ki ga je v Rusiji težje kupiti kot rezervoar. Lahko pa ga nadomestimo z izopropanolom.

Popular Mechanics se zahvaljuje Skeleton Shopu za pomoč pri snemanju. 24. februar 2014

Kako narediti umetne mišice iz ribiške vrvice

Raziskovalci z Univerze v Teksasu v Dallasu (ZDA) so predstavili sintetične mišice, ki so 100-krat močnejše od pravih mišičnih vlaken enake dolžine in mase.

Hkrati se je izkazalo, da je sama tehnologija izdelave presenetljivo preprosta. Umetne mišice niso potrebovale nobenih sofisticiranih sintetičnih polimerov: Ray Baughman in njegovi sodelavci so preprosto vzeli polimerno nit, podobno tisti, ki se uporablja za izdelavo ribiške vrvice ali sintetičnih niti, in jo zavili v spiralo. Ta spirala se lahko zvija in razteza ob spremembi temperature. Zanimivo je, da bi lahko tehnični postopek spremenili tako, da bi bil učinek ravno nasproten, torej da bi se nit zvijala pri ohlajanju in raztezala pri segrevanju. S spreminjanjem števila niti v snopu je mogoče doseči različne mehanske lastnosti umetnega »mišičnega vlakna«.

Sintetična vlakna iz šestih pramenov različnih debelin:
zgornji je izdelan iz niti debeline 2,45 mm, spodnji pa iz niti debeline 150 mikronov.
(Fotografija avtorjev dela.)

In te lastnosti so res impresivne. Prvič, v primerjavi z običajnimi mišicami, ki se lahko skrčijo le za 20 % svoje dolžine, se lahko umetne skrčijo za polovico. Takšne mišice seveda tudi ne vedo, kako se hitro utrudijo. Če združite sto osnovnih vlaken, lahko taka mišica dvigne več kot 700 kg. Glede na njihovo težo lahko vlakna proizvedejo 7,1 konjskih moči. na kg, kar po mnenju raziskovalcev ustreza moči reaktivnega motorja.

Motor za njih je, kot že omenjeno, temperaturna razlika, ki jo je mogoče doseči na kakršenkoli način – bodisi s pomočjo kemične reakcije bodisi z elektriko (ali celo segreti ta vlakna z dihom). Kar se tiče samih vlaken, znanstveniki še posebej poudarjajo izjemno preprostost njihove proizvodnje: pravijo, da bo vsak študent to naredil med rednim laboratorijem, glavna stvar je opazovati fizične razmere, v katerem boste deformirali nit. Genialnost avtorjev ideje je v tem, da jim je uspelo uganiti ogromen fizični potencial v tej trivialni polimerni strukturi.

Pravzaprav je zaradi preprostosti teh mišic verjetno težko takoj oceniti revolucionarnost izuma. Čeprav so raziskovalci seveda pokazali njegovo možno uporabo: prilagojeno oknu so ga zapirali in odpirali glede na temperaturo okolice. Poleg tega je bilo mogoče iz vlaken ustvariti tkanino, katere poroznost se je spet spreminjala glede na temperaturo, in od tod si je enostavno zamisliti »pametna« oblačila, ki vas bodo v vročini prezračevala in varčevala s toploto v hladno.

Toda seveda je levji delež fantazij o umetnih mišicah namenjen robotiki. Jasno je, da lahko takšna vlakna postanejo neposreden analog človeških mišic pri robotih, s pomočjo katerih lahko celo spremenijo obrazno mimiko. Sintetične mišice bo uporaben tako pri dvigovanju uteži kot pri izvajanju občutljivih kirurških posegov (če si predstavljamo medicinske pripomočke prihodnosti).

V preteklosti so tovrstna vlakna poskušali izdelati iz ogljikovih nanocevk. Po mnenju Raya Boughmana, ki je šel skozi to fazo, so bili poskusi z nanocevkami uspešni, vendar je, prvič, takšne "nanomišice" zelo težko izdelati in so izjemno drage, in drugič, zmanjšale so se le za 10% svoje dolžine, tj. , so bili slabši celo od običajnih živih mišic, da ne omenjam novoodkritih polimernih vlaken.

Za zdaj imamo le eno vprašanje, ki zadeva učinkovitost in ekonomičnost: koliko toplote (in s tem električne ali kemične energije) je treba porabiti za njihovo mehansko delovanje? Avtorji priznavajo, da tako kot vse umetne mišice na splošno njihova vlakna v tem smislu niso posebej učinkovita, vendar obstajajo določena upanja, da bo v tem primeru mogoče precej hitro optimizirati stroške energije.

Prirejeno po teksaški univerzi v Dallasu: Raziskovalci iz ribiške vrvice, niti ustvarijo močne mišice.

nazaj

Preberite tudi:

6. februar 2014

Bionična roka s čutilom za dotik

Pred devetimi leti je Danec Dennis Sorensen moral imeti svojega leva roka. Seveda ni razmišljal niti za minuto, ko so mu ponudili, da preizkusi bionično protezo, ki mu omogoča ne samo izvajanje gibov, ampak tudi dotikanje predmetov.

beri 22. januar 2014

Kiborška sperma

Skupina raziskovalcev z Univerze v Illinoisu je razvila novo vrsto majhnih biohibridnih strojev, ki se lahko premikajo kot sperma.

beri 22. januar 2014

Umetne mišice bodo pomagale pri rehabilitaciji paralizirane noge

Skoraj naravno gibljivost lahko dosežete s paraliziranim stopalom, če uporabite ortopedski pripomoček iz prožnega elastičnega materiala, ki posnema strukturo mišic in vezi noge.

beri 22. januar 2014

Polimerna celica posnema živo

Nizozemski raziskovalci so izdelali umetno evkariontsko celico, ki vsebuje umetne organele in je podvržena biokemičnim reakcijam, podobnim tistim, ki se dogajajo v celicah živih organizmov.

beri 26. december 2013

Odprtokodna nematoda

Avtorji projekta OpenWorm, katerega namen je ustvariti natančno računalniško kopijo okroglega črva C.elegans, so napovedali velik uspeh pri modeliranju te ogorčice. Izvorna koda programa je javno dostopna.