Pulchritudo mundum servabit

(από τα λατινικά η ομορφιά θα σώσει τον κόσμο)

Ανεξάρτητα από το τρέχον πρότυπο ομορφιάς του ανθρώπινου σώματος, ανά πάσα στιγμή ήταν σε ζήτηση. Τα όμορφα σώματα είναι πιο πιθανό να παντρευτούν/παντρευτούν με επιτυχία, να αναπτυχθούν σε καριέρα, να γίνουν δημοφιλή και ακόμη και να γίνουν η επιλογή των ανθρώπων... κινηματογράφος και θέατρο, ξανά. Φυσικά, οι άνθρωποι, που στερούνται την τυπική ομορφιά, προσπαθούν να φέρουν το «απλό σώμα» τους τουλάχιστον λίγο πιο κοντά στο πρότυπο, βασανίζοντας τον εαυτό τους με δίαιτες, σωματική δραστηριότητα, σέρνοντας τον εαυτό τους σε κορσέδες και, στην ακραία περίπτωση, επικοινωνώντας αυστηρά μέσω Skype σε μια λειτουργία συνομιλίας χωρίς βίντεο ή, στην περίπτωση μιας άθλιας λεκτικής, μόνο αλληλογραφίας. Αλλά για τη σημερινή βιομηχανία καλουπιών σιλικόνης, τίποτα δεν είναι αδύνατο!

Εδώ και μισό αιώνα, έχουν αναπτυχθεί πέντε γενιές εμφυτευμάτων «για τη διόρθωση της ομορφιάς του σώματος». Θα πρέπει να σημειωθεί ότι δεν υπάρχει απολύτως ασφαλής έκδοση μεταξύ τους:

• πρώτη γενιά(1960-1970) χαρακτηριζόταν από ένα ισχυρό και παχύ κέλυφος σιλικόνης με λεία επιφάνεια, τα περιγράμματα του διακρίνονταν μέσω του δέρματος, όταν πιέζονταν, ακουγόταν ένα τσούξιμο, παρόμοιο με τον ήχο ενός τσαλακωμένου φύλλου χαρτιού. Παρά το πάχος του κελύφους, το πληρωτικό του «ιδρώνει» μερικώς προς τα έξω, προκαλώντας μερική ρυτίδωση των ιστών.
• δεύτερη γενιά(1970-1980) τα εμφυτεύματα σιλικόνης είχαν λεπτότερο κέλυφος και λεία επιφάνεια. Το πληρωτικό, όπως και στην πρώτη γενιά, ήταν τζελ σιλικόνης. Δεν έκαναν τσούχτρα, αλλά είχαν μεγαλύτερο βαθμό «ιδρώτα» και, πολύ χειρότερα, συχνά σκίζονταν. Ορισμένα από τα μοντέλα εμφυτευμάτων καλύφθηκαν με ένα υλικό σφουγγαριού από αφρό μικροπολυουρεθάνης, το οποίο μείωσε την πιθανότητα φλεγμονής και απέτρεψε τη μετατόπιση του εμφυτεύματος.
• σε κοχύλια τρίτη και τέταρτη γενιά(δημιουργήθηκε περίπου το 1985) έλαβε υπόψη τις ελλείψεις των προηγούμενων μοντέλων - υφή στην επιφάνεια, διπλά τοιχώματα και διπλός θάλαμος, με τζελ σιλικόνης στο εξωτερικό και φυσιολογικό ορό στο εσωτερικό. Η εισαγωγή ενός αλατούχου διαλύματος στον απαιτούμενο όγκο κατέστησε δυνατή τη διόρθωση του σχήματος του εμφυτεύματος μετά την τοποθέτηση «στη θέση του». Δύο στρώματα εξωτερικών τοίχων εμπόδιζαν το «κλάμα», ελαχιστοποιώντας το. Οι ρήξεις των εμφυτευμάτων αυτών των γενεών είναι σπάνιες αλλά έχουν συμβεί.
• πέμπτη γενιά(ιδρύθηκε γύρω στο 1995). Ανθεκτικό, γεμάτο με τζελ σιλικόνης με υψηλό διαμοριακό δεσμό (συνοχή), μη επιρρεπές σε «ιδρώτα». Κατά την αλλαγή της θέσης του σώματος, η γεωμετρία των εμφυτευμάτων δεν αλλάζει υπό την επίδραση της βαρύτητας - το πληρωτικό διατηρεί τη μνήμη του αρχικού σχήματος. Ωστόσο, δεν υπάρχει 100% βεβαιότητα ότι είναι ασφαλή.

Γεμιστικά εμφυτευμάτων σιλικόνης:

• υγρή σιλικόνη, η συνοχή είναι παρόμοια με το φυτικό λάδι.
• σαν ζελέ τζελ σιλικόνης με τυπική συνοχή. Είναι δύσκολο να αναγνωριστεί το εμφύτευμα με την αφή, όσον αφορά την πυκνότητα αντιστοιχεί σε ζωντανό ιστό. Ο βαθμός "εφίδρωσης" είναι χαμηλός, αλλά ένα τέτοιο πληρωτικό διατηρεί το σχήμα του μάλλον ασθενώς.
• γέλη υψηλής συνοχήςπαρόμοια σε υφή με τη μαρμελάδα. Έχει εξαιρετικά χαμηλό βαθμό παραμόρφωσης, δεν «ιδρώνει», αλλά έχει υψηλή μνήμη σχήματος, δηλ. η περιοχή του σώματος στην περιοχή του εμφυτεύματος μπορεί να έχει αφύσικη εμφάνιση.
• τζελ μέτριας συνοχής(απαλό άγγιγμα), παρόμοιο με ζελέ. Η μνήμη σχήματος είναι μέτρια, το κέλυφος δεν "ιδρώνει".
• αλατούχος(διάλυμα χλωριούχου νατρίου 0,9% σε νερό). Η αξιοπιστία των εμφυτευμάτων είναι ασθενής, αφού μετά από εννέα μήνες από τη στιγμή της τοποθέτησης στο σώμα, το αλάτι κρυσταλλώνεται, δηλ. γίνεται μερικώς συμπαγής. Οι προκύπτοντες κρύσταλλοι άλατος είναι σε θέση να τρυπήσουν το κέλυφος του εμφυτεύματος.

Ανάλογα με την περιοχή τοποθέτησης, τα εμφυτεύματα θα έχουν συχνά ωοειδές, λιγότερο συχνά κωνικό σχήμα. Σε όλες τις περιπτώσεις που περιγράφονται παρακάτω, χρησιμοποιούνται εμφυτεύματα τουλάχιστον τρίτης γενιάς.

στήθος σιλικόνης. Πολύ πριν από τις πρώτες χειρουργικά τροποποιημένες τρανσέξουαλ, οι γυναίκες ήθελαν απεγνωσμένα να βελτιώσουν το σχήμα του μπούστου τους. Ελλείψει άλλων επιλογών χρησιμοποιήθηκαν διάφορα κόλπα, όπως γεμιστό μπούστο και ογκώδης δαντέλα. Αλλά λειτούργησαν μόνο μέχρι τη στιγμή που το στήθος αποκαλύφθηκε, και μετά... μετά η αμηχανία ήταν αναπόφευκτη. Μια προσπάθεια ανακατασκευής των μαστικών αδένων από το εσωτερικό έγινε για πρώτη φορά από τον Τσέχο χειρουργό Vincent Czerny το 1895, χρησιμοποιώντας τον λιπώδη ιστό του ασθενούς.

Η ανάπτυξη της κινηματογραφικής βιομηχανίας στις αρχές του 20ου αιώνα έδωσε νέα ώθηση στην εμφύτευση στήθους. Οι χειρούργοι αναζήτησαν το βέλτιστο υλικό για να μεγεθύνουν το γυναικείο μπούστο, γεμίζοντάς το με γυάλινες μπάλες, λιπώδη ιστό, μαλλί, πλαστική ταινία σε ρολό, αφρώδες πλαστικό και ακόμη, πιθανώς κατ' αναλογία με γυάλινες, μπάλες από ελεφαντόδοντο. Μεταξύ αυτών των μεθόδων εμφύτευσης, η πιο αβλαβής ήταν ο λιπώδης ιστός της ίδιας της ασθενούς, αλλά η νέα προτομή δεν διατήρησε το σχήμα της για πολύ - το σώμα απορρόφησε λίπος και το στήθος κρεμούσε περισσότερο από πριν.

Όμως οι μορφές των αστέρων του κινηματογράφου δεν έδωσαν ανάπαυση σε βαμμένες ξανθιές από τις ΗΠΑ και την Ευρώπη. Η λογική τους ήταν απλή - αν μπορείτε να αλλάξετε το χρώμα των μαλλιών, τότε γιατί να μην ανακατασκευάσετε το στήθος; Στα μέσα του περασμένου αιώνα, ο όγκος της προτομής αυξήθηκε κατά περίπου 50.000 γυναίκες, κυρίως Αμερικανίδες και Γιαπωνέζες (εργάτριες στη βιομηχανία του σεξ από τη Χώρα του Ανατέλλοντος Ήλιου). Χρησιμοποίησαν υλικά που ήταν νέα εκείνη την εποχή στη χημική βιομηχανία - σφουγγάρια πολυβινυλίου (όπως γνωρίζετε, οι δίσκοι κατασκευάζονταν από βινύλιο) και υγρή σιλικόνη (με έγχυση). Οι συνέπειες ήταν αξιοθρήνητες ... το στήθος έγινε τόσο σκληρό που οι ιδιοκτήτες έπρεπε να σωθούν με την πλήρη αφαίρεσή τους.

Τα εμφυτεύματα σιλικόνης όπως τα ξέρουμε σήμερα εμφανίστηκαν το 1961. Δημιουργήθηκαν από την αμερικανική εταιρεία Dow Corning - το κέλυφος ήταν κατασκευασμένο από καουτσούκ, το πληρωτικό ήταν τζελ σιλικόνης. Τρία χρόνια αργότερα, η γαλλική Arion κυκλοφορεί την εκδοχή της με προθέσεις σιλικόνης γεμάτες με θαλασσινό νερό. Στη δεκαετία του '80, τα αμερικανικά εμφυτεύματα θεωρούνταν πιθανή αιτία καρκίνου του μαστού και στις αρχές της δεκαετίας του '90 απαγορεύτηκε η μαζική χρήση τους. Μετά από μια σειρά από μηνύσεις από τους ιδιοκτήτες στήθους σιλικόνης, η Dow Corning κατέβαλε περισσότερα από 3 δισεκατομμύρια δολάρια ως αποζημίωση και χρεοκόπησε.

Γλουτό από σιλικόνη. Αυτό το είδος πλαστικής χειρουργικής ονομάζεται γλουτοπλαστική. Ο σκοπός της χρήσης εμφυτευμάτων αυτής της ομάδας, όπως στην περίπτωση των μαστών από σιλικόνη, σχετίζεται με την αύξηση των αισθητικών χαρακτηριστικών του σώματος - να δημιουργήσει επίπεδο όγκο.

Όσον αφορά τη δημοτικότητα μεταξύ των εκπροσώπων των ισχυρών και ασθενέστερων φύλων, οι γλουτοί καταλαμβάνουν τη δεύτερη θέση, πράγμα που σημαίνει ότι οι ελκυστικές τους παράμετροι είναι σε ζήτηση μεταξύ των πιθανών ιδιοκτητών εμφυτευμάτων γλουτών. Η μόδα για έναν προεξέχοντα κώλο μεταξύ των γυναικών εισήχθη από την Jennifer Lopez - μια χορεύτρια, μετά από μια ηθοποιό και τραγουδίστρια του κινηματογράφου. Το πέμπτο σημείο του J. Lo προηγείται πάντα μεταξύ άλλων «αστεριών γλουτών», κάτι που διευκολύνεται από τη συνεχή επίδειξή του.

Έπρεπε να παρακολουθήσω στο δίκτυο δυσάρεστα βίντεο με εμφυτεύματα σιλικόνης στους γλουτούς, τα οποία υποτίθεται ότι μπορούσαν να περιστραφούν ελεύθερα κάτω από το δέρμα. Μάλιστα, η σωστή ενσωμάτωσή τους γίνεται κάτω από τους γλουτιαίους μύες, δεν υπάρχει τρόπος να τους αναγνωρίσουμε από έξω, και ακόμη περισσότερο, δεν θα είναι δυνατή η μετατόπιση των εμφυτευμάτων.

Εάν το στήθος γεμάτο σιλικόνη είναι δημοφιλές κυρίως στις γυναίκες, τότε οι γλουτοί από σιλικόνη είναι εξίσου ελκυστικοί και για τα δύο φύλα - εξάλλου, οι επίπεδοι γλουτοί που σχετίζονται με την ηλικία είναι τυπικοί τόσο για τους άνδρες όσο και για τις γυναίκες.

μύες σιλικόνης. Θυμηθείτε τους κινηματογραφικούς ήρωες των τέλους της δεκαετίας του '80 - βάναυσους, απελπισμένα ενθουσιασμένους τύπους της κατηγορίας "hasta la vista, babe", με πρόσωπο που δεν παραμορφώνεται από τη σκέψη. Ο Σβαρτσενέγκερ, ο Σταλόνε, ο Λούνγκρεν, η Σκάλα Τζόνσον, ο Χαλκ Χόγκαν και πολλοί άλλοι - όλοι τους ενώνονταν κυρίως από ογκώδεις, άφθονους μύες σε όλο το σώμα. Οι σύγχρονοι ήρωες δράσης δεν είναι πλέον οι ίδιοι. Η διάνοια μπήκε στα χαρακτηριστικά του προσώπου τους, τα φυσικά τους δεδομένα ήταν μάλλον σε μεσαίο επίπεδο - άρχισαν να παίζουν τους ρόλους τους και όχι απλώς να εμφανίζονται στο κάδρο με ένα σωρό μυών με μερικές φράσεις κατά τη διάρκεια της υπηρεσίας με φόντο ένα αντι -σοκ ασπροδοντωτό χαμόγελο.

Φυσικά, οι μύες των κινηματογραφικών ειδώλων δεν ήταν φυσικής προέλευσης, αφού καμία προπόνηση δεν θα τους επιτρέψει να σχηματίσουν τέτοιους κυρτούς κύβους και μπάλες. Άνδρες και γυναίκες, αποφασισμένοι να ξεχωρίσουν από τη γκρίζα μάζα των γήινων με τους εντυπωσιακούς μύες, αναγκάστηκαν να κάνουν ενέσεις, να φάνε και να πίνουν χημικές ουσίες που αυξάνουν τεχνητά την ανάπτυξη των μυϊκών ινών και προκαλούν ροή αίματος στους μύες. Το κόστος των στεροειδών ήταν αρκετά εντυπωσιακό - από 25.000-30.000 $ ετησίως. Ταυτόχρονα, οι ογκώδεις μύες και η πραγματική σωματική δύναμη δεν ήταν συνώνυμα - ένας bodybuilder μπορεί να σηκώσει σημαντικό βάρος στη θέση του, αλλά δεν είναι σε θέση να μετακινήσει ένα βάρος που είναι το μισό από αυτό που σηκώθηκε, γιατί. καμία μυϊκή αντοχή.

Οι σύγχρονοι ηθοποιοί ταινιών δράσης διαφόρων ειδών έχουν αποκτήσει μια εκπληκτική ικανότητα να αλλάζουν τον όγκο του σώματός τους μέσα σε λίγους μήνες, κάτι που ονομάζεται στον Τύπο κάποιο είδος του σωματικού τους ταλέντου και της ικανότητας των εκπαιδευτών. Στην πραγματικότητα, και με μεγάλο βαθμό πιθανότητας μπορεί να υποστηριχθεί, το σώμα τους δεν εκπαιδεύεται περισσότερο από αυτό των απλών ανθρώπων, φορτώνοντας τους μύες τους μόνο περιοδικά. Είναι πολύ πιο εύκολο να αποκτήσετε ένα ανακουφιστικό σώμα με τη βοήθεια μορφών σιλικόνης - εμφυτεύματα δικέφαλου, κύβους στο στομάχι, δέλτα, μύες της γάμπας κ.λπ. Και ταυτόχρονα, δεν θα εμφανιστούν ελαττώματα στους ιστούς και τα συστήματα του σώματος, η σπονδυλική στήλη θα να μην απειλείται από κήλη, και μύες - ραγάδες και γαλακτικό οξύ. Είναι αλήθεια ότι το εμφύτευμα μπορεί να σπάσει ...

Παρουσιάζω ένα βίντεο για τους δύο πιο διάσημους "εμφυτευματοδόχους" στον κόσμο του Διαδικτύου που θεωρούν τους εαυτούς τους ακαταμάχητα όμορφους (δεν συμμερίζομαι τις απόψεις τους) - τον Βρετανο-Βραζιλιάνο Rodrigo Alves και τον Αμερικανό Justin Jetlik:

Αναπτύχθηκε μια τεχνολογία για τη δημιουργία φθηνών τεχνητών μυών με βάση ένα άκαμπτο πλαίσιο που περικλείεται σε έναν μαλακό θάλαμο. Οι μύες συστέλλονται μειώνοντας την πίεση σε αυτούς και μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας διαφορετικά υλικά. Άρθρο που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.

Οι μηχανικοί που αναπτύσσουν ρομπότ συχνά χρησιμοποιούν δομές στις εφευρέσεις τους που μοιάζουν με τις λειτουργίες των ζωντανών όντων. Παρόλα αυτά, για κίνηση, τα ρομπότ εξακολουθούν να χρησιμοποιούν συχνότερα ηλεκτρικούς κινητήρες ή κινητήρες εσωτερικής καύσης που συνδέονται με πολύπλοκα μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων. Μερικοί ερευνητές υιοθετούν μια διαφορετική προσέγγιση και αναπτύσσουν πηγές κίνησης που είναι πιο κοντά στη δομή τους στους μύες. Υπάρχουν ήδη πολλά πρωτότυπα τεχνητών μυών που μπορούν να συστέλλονται σαν πραγματικοί μύες, αλλά σχεδόν όλοι απαιτούν ακριβά υλικά και διαδικασίες και η αποτελεσματικότητα πολλών από αυτούς εξακολουθεί να είναι χαμηλή.

Ερευνητές με επικεφαλής τον Robert Wood του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ ανέπτυξαν μια απλή και φθηνή τεχνολογία για τη δημιουργία αποτελεσματικών τεχνητών μυών που μπορούν να δημιουργηθούν από μια μεγάλη ποικιλία υλικών. Η ιδέα της δημιουργίας τέτοιων ενεργοποιητών είναι αρκετά απλή. Ως βάση, χρησιμοποιείται ένα πλαίσιο συγκεκριμένου σχήματος, το οποίο μπορεί να διπλωθεί και να ξεδιπλωθεί. Στη συνέχεια, γύρω από αυτό το πλαίσιο, δύο θραύσματα μιας μεμβράνης από πολυμερές ή άλλο αεροστεγές και μαλακό υλικό κολλούνται ή συντήκονται. Έτσι, σχηματίζεται ένας μαλακός θάλαμος με ένα άκαμπτο πλαίσιο στο εσωτερικό, ο οποίος συνδέεται με μια πηγή διαφοράς πίεσης.

Πώς λειτουργούν οι τεχνητοί μύες

Οι Shuguang Li et al. / PNAS, 2017

Ο ενεργοποιητής ελέγχεται μειώνοντας ή αυξάνοντας την πίεση του υγρού ή του αερίου μέσα στο θάλαμο. Ως αποτέλεσμα, ο ενεργοποιητής αρχίζει να αλλάζει σχήμα: διπλώνει ή, αντίθετα, αυξάνεται σε μέγεθος και, στην περίπτωση ενός πλαισίου σύνθετου σχήματος, κάνει άλλες κινήσεις - για παράδειγμα, λυγίζει προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.

Παράδειγμα συσκευής παραλαβής

Οι Shuguang Li et al. / PNAS, 2017

Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνολογία, οι ερευνητές δημιούργησαν αρκετούς πρωτότυπους ενεργοποιητές και μέτρησαν την αποτελεσματικότητά τους. Ένα από αυτά τα πρωτότυπα, ένας γραμμικός ενεργοποιητής δέκα εκατοστών που ζύγιζε λιγότερο από τρία γραμμάρια, ήταν σε θέση να σηκώσει ένα φορτίο που ζύγιζε περισσότερο από τρία κιλά. Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι η μέγιστη ισχύς τέτοιων ενεργοποιητών είναι περίπου δύο κιλοβάτ ανά κιλό μάζας, γεγονός που τους καθιστά πιο ισχυρούς από τους πραγματικούς σκελετικούς μύες των θηλαστικών.

Προηγουμένως, οι επιστήμονες έχουν παρουσιάσει πολλά πρωτότυπα τεχνητών μυών, που λειτουργούν με βάση διαφορετικές αρχές. Ορισμένα λειτουργούν επίσης με πίεση, για παράδειγμα, το κύριο μέρος του οποίου είναι αφρός πολυμερούς επικαλυμμένο με σιλικόνη, καθώς και μαλακό κενό από πολλά κοίλα κύτταρα. Άλλοι χρησιμοποιούν θερμότητα για τη δουλειά τους: με αυτόν τον τρόπο εργάζονται με βάση τη νάιλον πετονιά και, που εισήχθη πρόσφατα, γεμίζουν με φυσαλίδες αιθανόλης, η οποία μετατρέπεται σε αέριο και διαστέλλεται όταν θερμαίνεται. Επιπλέον, πρόσφατα παρουσιάστηκε ένα δισδιάστατο υλικό από πολλά στρώματα, το οποίο διαστέλλεται όταν εισάγονται ξένα ιόντα σε αυτό. Παρεμπιπτόντως, οι τεχνητοί μύες δεν είναι πάντα κατασκευασμένοι εξ ολοκλήρου από τεχνητά υλικά. Οι επιστημονικοί μύες της Ταϊβάν κατασκευασμένοι από ένα λεπτό φιλμ φλοιού κρεμμυδιού που συστέλλεται υπό την επίδραση του ηλεκτρισμού.

Γκριγκόρι Κόπιεφ

Υπάρχουν φωτεινά τεχνολογικά έργα στον ορίζοντα, όπως οι αυτόματοι πιλότοι σε αυτοκίνητα ή το fusion power, που είναι πιθανό να αλλάξουν τη ζωή μας με πολύ σοβαρό τρόπο. Αλλά υπάρχουν ιδέες που είναι αρκετά διακριτικές με την πρώτη ματιά, οι συνέπειες της εφαρμογής των οποίων μπορεί να οδηγήσουν σε σχεδόν πιο ριζικές αλλαγές στην καθημερινή ζωή. Πλέον καλύτερο παράδειγμα«μυϊκός ιστός», ο οποίος εμφανίστηκε στη λογοτεχνία επιστημονικής φαντασίας μόνο όταν η εργασία ήταν ήδη σε πλήρη εξέλιξη στα εργαστήρια για τη δημιουργία μεταλλικών και πολυμερών τεχνητών μυών, συμπεριλαμβανομένων αυτών για ανθρώπινες προθέσεις.

Στη σύγχρονη τεχνολογία, χρησιμοποιούνται κυρίως δύο αποτελεσματικές μέθοδοι εκτέλεσης μηχανικών εργασιών: θερμοδυναμική και ηλεκτρομαγνητική. Η πρώτη βασίζεται στη χρήση ενέργειας συμπιεσμένου αερίου, όπως σε κινητήρες εσωτερικής καύσης, ατμοστρόβιλους και πυροβόλα όπλα. Το δεύτερο περιλαμβάνει μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από ηλεκτρικά ρεύματα, όπως λειτουργούν οι ηλεκτρικοί κινητήρες και οι ηλεκτρομαγνήτες. Ωστόσο, στη ζωντανή φύση, χρησιμοποιείται μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση για την επίτευξη μηχανικής κίνησης - μια ελεγχόμενη αλλαγή στο σχήμα των αντικειμένων. Έτσι λειτουργούν οι μύες των ανθρώπων και άλλων ζωντανών όντων. Όταν φτάσει μια νευρική ώθηση, πυροδοτούνται σε αυτές χημικές αντιδράσεις, οι οποίες οδηγούν σε συστολή ή, αντίθετα, σε τέντωμα των μυϊκών ινών.

Τα πλεονεκτήματα μιας τέτοιας "φυσικής" κίνησης οφείλονται στο γεγονός ότι το υλικό αλλάζει συνολικά. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχουν κινούμενα εξαρτήματα μεταξύ τους, και ως εκ τούτου, τρίψιμο και φθαρμένα μέρη. Επιπλέον, διατηρείται η ακεραιότητα του οργανισμού (ή, πιο σωστά, η γεωμετρική του συνοχή). Η κίνηση προκύπτει στο μοριακό, ή, όπως είναι πλέον της μόδας να λέμε, νανοεπίπεδο λόγω μιας μικρής σύγκλισης ή απόστασης μεταξύ των ατόμων μιας ουσίας. Αυτό πρακτικά σώζει τους μύες από την αδράνεια, η οποία είναι τόσο χαρακτηριστική για όλα τα ρομπότ με ηλεκτρικούς κινητήρες. Αλλά, φυσικά, η μυϊκή κίνηση έχει τα μειονεκτήματά της. Αν μιλάμε για ζωντανούς μύες, αυτή είναι μια συνεχής κατανάλωση χημικών συστατικών που πρέπει να παρέχονται σε κάθε κύτταρο μυϊκού ιστού. Τέτοιοι μύες μπορούν να χρησιμεύσουν μόνο ως μέρος ενός πολύπλοκου ζωντανού οργανισμού. Ένα άλλο μειονέκτημα σχετίζεται με τη σταδιακή γήρανση του υλικού. Σε έναν ζωντανό οργανισμό, τα κύτταρα ενημερώνονται περιοδικά, αλλά σε μια μονολιθική τεχνική συσκευή, αυτό είναι εξαιρετικά δύσκολο να παρασχεθεί. Στην αναζήτηση τεχνητών μυών, οι επιστήμονες επιδιώκουν να διατηρήσουν τα πλεονεκτήματα της πρόωσης που αλλάζει σχήμα, αποφεύγοντας τα μειονεκτήματά της.

Οι πρώτες μελέτες στον τομέα των τεχνητών μυών σχετίζονταν άμεσα με το φαινόμενο της μνήμης σχήματος, το οποίο είναι εγγενές σε ορισμένα κράματα. Ανακαλύφθηκε το 1932 από τον Σουηδό φυσικό Arne Olander (Arne Olander) χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός κράματος χρυσού και καδμίου, αλλά για σχεδόν 30 χρόνια δεν προσέλκυσε ιδιαίτερη προσοχή. Το 1961, η μνήμη σχήματος ανακαλύφθηκε εντελώς τυχαία σε ένα κράμα νικελίου-τιτανίου, ένα προϊόν από το οποίο μπορεί να παραμορφωθεί αυθαίρετα, αλλά όταν θερμανθεί, αποκαθιστά το αρχικό του σχήμα. Σε λιγότερο από δύο χρόνια, ένα εμπορικό προϊόν εμφανίστηκε στις ΗΠΑ - ένα κράμα, η νιτινόλη, που ονομάστηκε για τη σύνθεση και τον τόπο ανάπτυξής του (NITINOL NiTi Naval Ordnance Laboratories).

Η μνήμη σχήματος παρέχεται λόγω του γεγονότος ότι το κρυσταλλικό πλέγμα της νιτινόλης μπορεί να είναι σε δύο σταθερές καταστάσεις (φάσεις) μαρτενσιτικό και ωστενιτικό. Πάνω από μια ορισμένη κρίσιμη θερμοκρασία, ολόκληρο το κράμα βρίσκεται στην ωστενιτική φάση με ένα κυβικό κρυσταλλικό πλέγμα. Κατά την ψύξη, το κράμα περνά στη μαρτενσιτική φάση, στην οποία, λόγω των αλλαγμένων γεωμετρικών αναλογιών των κυψελών του κρυσταλλικού πλέγματος, γίνεται πλαστικό. Με μια μικρή ποσότητα μηχανικής δύναμης, ένα προϊόν που κατασκευάζεται από νιτινόλη σε μαρτενσιτική κατάσταση μπορεί να έχει σχεδόν οποιαδήποτε διαμόρφωση θα διατηρηθεί έως ότου το αντικείμενο θερμανθεί σε μια κρίσιμη θερμοκρασία. Σε αυτό το σημείο, η μαρτενσιτική φάση γίνεται ενεργειακά δυσμενής και το μέταλλο περνά στη φάση του ωστενίτη, αποκαθιστώντας το προηγούμενο σχήμα του.

Έτσι φαίνεται στην πιο απλή περίπτωση. Στην πράξη, βέβαια, υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί στην παραμόρφωση. Το κύριο πράγμα δεν πρέπει να υπερβαίνει το 78%, διαφορετικά η φόρμα δεν μπορεί πλέον να αποκατασταθεί πλήρως. Οι μετέπειτα εξελίξεις κατέστησαν δυνατή τη δημιουργία διάφορες επιλογέςκράματα νιτινόλης. Για παράδειγμα, υπάρχουν εκείνοι που θυμούνται δύο μορφές ταυτόχρονα η μία αντιστοιχεί σε υψηλές θερμοκρασίες, η άλλη σε χαμηλές. Και σε ενδιάμεσες θερμοκρασίες, το υλικό μπορεί να παραμορφωθεί αυθαίρετα, αλλά θα θυμάται μία από τις δύο μορφές του όταν θερμαίνεται ή ψύχεται.

Μέχρι σήμερα, είναι γνωστά περισσότερα από δώδεκα κράματα μνήμης σχήματος που βασίζονται σε διαφορετικά στοιχεία. Ωστόσο, η οικογένεια των κραμάτων νιτινόλης παραμένει η πιο κοινή. Το φαινόμενο μνήμης σχήματος στα κράματα με βάση το NiTi είναι ξεκάθαρο και το εύρος θερμοκρασίας μπορεί να ελεγχθεί με καλή ακρίβεια από αρκετούς βαθμούς έως δεκάδες βαθμούς εισάγοντας διάφορες ακαθαρσίες στο κράμα. Επιπλέον, η νιτινόλη είναι φθηνή, εύκολη στην επεξεργασία, ανθεκτική στη διάβρωση και έχει καλά φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά: για παράδειγμα, η αντοχή της σε εφελκυσμό είναι μόνο 24 φορές μικρότερη από αυτή του χάλυβα.

Ίσως το κύριο μειονέκτημα τέτοιων κραμάτων για μεγάλο χρονικό διάστημα ήταν ένα μικρό περιθώριο κυκλικότητας. Ο αριθμός των ελεγχόμενων παραμορφώσεων δεν ξεπέρασε τις μερικές χιλιάδες επαναλήψεις, μετά τις οποίες το κράμα έχασε τις ιδιότητές του.

Εν ριπή οφθαλμού

Η NanoMuscle κατάφερε να λύσει αυτό το πρόβλημα. Τον χειμώνα του 2003, στη Διεθνή Έκθεση Παιχνιδιών στη Νέα Υόρκη, παρουσίασε μια ασυνήθιστη κούκλα Baby Bright Eyes. Το παιχνίδι αντέγραφε πολύ ρεαλιστικά τις εκφράσεις του προσώπου των ματιών ενός μικρού παιδιού, κάτι που είναι σχεδόν αδύνατο να επιτευχθεί με τη βοήθεια μικροηλεκτρικών κινητήρων που χρησιμοποιούνται παραδοσιακά στη βιομηχανία παιχνιδιών - είναι πολύ αδρανειακά. Την ίδια στιγμή, το κόστος της κούκλας (σε μαζική παραγωγή) υπολογίστηκε σε μόλις 50 δολάρια, το οποίο φαινόταν απολύτως φανταστικό.

Κατά τη δημιουργία μιας πρωτότυπης κούκλας, οι μηχανικοί της NanoMuscle κατάφεραν να ξεπεράσουν τους περιορισμούς της ποδηλασίας χρησιμοποιώντας νανοσωματίδια τιτανίου και νικελίου, καθώς και με την ανάπτυξη λογισμικού που ελέγχει το κράμα σε πιο ήπια λειτουργία, έτσι ώστε ο κύκλος ζωής τέτοιων νανομυών να ξεπερνά τα πέντε εκατομμύρια επαναλήψεις. Τα νανοσωματίδια συνδέθηκαν σε λεπτές ίνες με διάμετρο περίπου 50 microns και από αυτές υφάνθηκε ένα σύρμα μήκους πολλών εκατοστών, το οποίο μπορούσε να αλλάξει το μήκος του κατά 1213% (άλλο ρεκόρ).

Προκαλεί σεβασμό και δύναμη της συσκευής, που ονομάζεται NanoMuscle Actuator. Για την ίδια μάζα, οι νανόμυες μπορούν να αποδώσουν χίλιες φορές τη δύναμη ενός ανθρώπινου μυός και 4.000 φορές τη δύναμη ενός ηλεκτροκινητήρα, όλα αυτά σε μόλις 0,1 δευτερόλεπτα. Αλλά το πιο σημαντικό, χάρη στη σύνθετη σχεδίαση του NanoMuscle Actuator, δεν μεταπηδά από τη μια κατάσταση στην άλλη, αλλά μπορεί να κινηθεί ομαλά με μια δεδομένη ταχύτητα.

Ο νανομύς που χρησιμοποιήθηκε για την κίνηση των ματιών της κούκλας ελεγχόταν από έναν μικροεπεξεργαστή 8 bit και είχε τάση τροφοδοσίας 1,8 βολτ. Η εκτιμώμενη τιμή του στη βιομηχανική παραγωγή δεν ξεπερνά τα 50 λεπτά. Αργότερα, μια ολόκληρη οικογένεια παιχνιδιών αυτού του είδους εισήχθη με μεγάλο αριθμό κινούμενων στοιχείων. Και σύντομα η εταιρεία επιχειρηματικών συμμετοχών NanoMuscle απορροφήθηκε από την ταχέως αναπτυσσόμενη κινεζική εταιρεία Johnson Electric, η οποία ειδικεύεται στην παραγωγή ηλεκτρικών μονάδων κίνησης για μια μεγάλη ποικιλία εξοπλισμού, από συσκευές αναπαραγωγής DVD έως καθρέφτες αυτοκινήτου.

Περίπου την ίδια εποχή, στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, ο νανοτεχνολόγος Ray Baughman ανακάλυψε πώς να κάνει τους μεταλλικούς μύες να λειτουργούν χωρίς καθόλου ηλεκτρισμό - απευθείας από χημικά καύσιμα, τα οποία θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα σε συστήματα με υψηλές απαιτήσεις για αυτονομία. Έβαλε το καλώδιο από κράμα μνήμης σχήματος με έναν καταλύτη πλατίνας και άρχισε να το φυσάει με ένα μείγμα μεθανόλης, υδρογόνου και ατμών οξυγόνου. Σε αέριο περιβάλλον, λόγω της χαμηλής συγκέντρωσης, η αντίδραση πρακτικά δεν προχωρά, αλλά απελευθερώθηκε αρκετή θερμότητα στην επικαλυμμένη με καταλύτη επιφάνεια. Η αύξηση της θερμοκρασίας προκάλεσε αλλαγή του μήκους του καλωδίου, μετά την οποία σταμάτησε η ροή της μεθανόλης και μετά από λίγο το καλώδιο ψύχθηκε και επέστρεψε στο αρχικό του μήκος. Αυτό μπορεί να μην φαίνεται πολύ καλή ιδέα, αλλά δεν είναι καθόλου απαραίτητο οι εμπλεκόμενοι μεταλλικοί μύες να οδηγούν απευθείας τα άκρα ή τους τροχούς του ρομπότ. Εάν υπάρχουν πολλοί τέτοιοι μύες και λειτουργούν εναλλάξ, τότε η κίνηση αποδεικνύεται αρκετά σταθερή και σε συνδυασμό θα χρησιμεύσει επίσης ως κυψέλη καυσίμου που παράγει ενέργεια για τα ηλεκτρονικά του οχήματος.

Ηλεκτροενεργά πολυμερή

Αλλά τα μέταλλα με μνήμη σχήματος δεν είναι η μόνη κατεύθυνση στη δημιουργία τεχνητών μυών. Ο Δρ Yosef Bar-Cohen από το Jet Propulsion Laboratory της NASA αναπτύσσει μια εναλλακτική τεχνολογία, το ηλεκτροενεργό πολυμερές (EAP), και έχει ήδη λάβει 18 διπλώματα ευρεσιτεχνίας και δύο μετάλλια της NASA σε αυτόν τον τομέα. Στις αρχές του 2001, το εργαστήριό του διέθετε δύο τύπους τεχνητών μυών.

Ένα από αυτά είναι οι ταινίες πολυμερούς από άνθρακα, οξυγόνο και φθόριο. Όταν εφαρμόζεται ηλεκτρικό ρεύμα, η κατανομή των φορτίων στην επιφάνεια μιας τέτοιας ταινίας αλλάζει και κάμπτεται. Το εργαστήριο του Dr. Bar-Cohen έχει ήδη δείξει στους δημοσιογράφους έναν απλό βραχίονα τεσσάρων ζωνών που σας επιτρέπει να πιάσετε ένα μικρό αντικείμενο και να το σηκώσετε από το έδαφος (στο μέλλον υποτίθεται ότι θα είναι από την επιφάνεια άλλου πλανήτη). Προφανώς, η πολυπλοκότητα και η ποικιλία των πιθανών κινήσεων μιας τέτοιας λαβής εξαρτώνται μόνο από τη διαμόρφωση των πολυμερικών ταινιών. Στο βίντεο, η κίνηση τέτοιων πολυμερών μυών φαίνεται εντελώς ασυνήθιστη: οι λωρίδες που σφίγγονται σε μια μέγγενη αρχίζουν ξαφνικά να σκύβουν πάνω-κάτω στην αρχή αργά, σαν πέταλα λουλουδιών, αλλά μετά πιο γρήγορα και πιο συχνά, και τώρα δεν είναι καν ορατές σαν τα φτερά ενός κουνουπιού που πετάει.

Οι συσκευές του δεύτερου τύπου διαφέρουν ως προς τη γεωμετρία: οι πλάκες EAP τυλίγονται σε σωλήνες όπως τα φύλλα καπνού σε ένα πούρο. Όταν εφαρμόζεται τάση, οι σωλήνες συμπιέζονται και πιέζουν τον ελαστικό πυρήνα, προκαλώντας τέντωμα του. Η NASA ελπίζει ότι τέτοιες συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μια νέα γενιά πλανητικών ρόβερ. Για παράδειγμα, αντί να στείλει ένα ή δύο βαριά τροχοφόρα οχήματα, ένα έργο προτείνει να διασκορπιστούν εκατοντάδες μπάλες γύρω από το σημείο προσγείωσης με αισθητήρες, προσαρμογείς ασύρματου δικτύου και ενεργοποιητές τεχνητών μυών δεύτερου τύπου που θα επιτρέψουν στις μπάλες να πηδήξουν από μέρος σε μέρος. Αυτό θα καταστήσει δυνατή τη γρήγορη και ανέξοδη έρευνα ολόκληρης της επικράτειας ταυτόχρονα. Παρεμπιπτόντως, τα σύγχρονα μοντέλα EAP παρέχουν ήδη χρόνο απόκρισης μικρότερο από 0,1 δευτερόλεπτο, διπλάσια επέκταση της ώθησης και δύναμη 1.000 φορές το βάρος της Γης αρκετά αρκετή για άλματα σε μακρινούς πλανήτες.

Πριν από δύο χρόνια, ο Bar-Cohen και αρκετοί επικεφαλής ανταγωνιστών εργαστηρίων αποφάσισαν να διοργανώσουν ένα μικρό σόου για να προωθήσουν τις εφευρέσεις τους - ένα τουρνουά μπράτσας με τεχνητό χέρι. Σε ένα δελτίο τύπου, της εκδήλωσης είχε προηγηθεί μια τόσο αποφασιστική φράση: «Εάν ο αυτοματοποιημένος βραχίονας κερδίσει, θα ανοίξει την πόρτα σε πολλές νέες τεχνολογίες στην ιατρική, τις στρατιωτικές υποθέσεις, ακόμη και τη βιομηχανία του θεάματος».

Οι διοργανωτές του τουρνουά έδωσαν την επιλογή αντιπάλου ή μάλλον αντιπάλου στους τηλεοπτικούς ανθρώπους και προτίμησαν τη μαθήτρια Λυκείου Panna Felsen, η οποία ίδρυσε μια λέσχη ρομποτικής στο σχολείο της στο Σαν Ντιέγκο. Έπρεπε να αγωνιστεί με τρία τεχνητά χέρια σύμφωνα με τους κανόνες κοντά στους κλασικούς. Η τήρησή τους παρακολουθούνταν από δύο επαγγελματίες χειραγωνιστές. Το σόου είχε επιτυχία, αλλά ξεψύχησε λίγο τα καυτά κεφάλια: ούτε ένα χέρι δεν μπορούσε να σταθεί απέναντι σε ένα άνευ όρων όμορφο, αλλά εύθραυστο κορίτσι.

Ο πρώτος της ανταγωνιστής ήταν ένας χειριστής από την αμερικανική εταιρεία Environmental Robots Incorporated με δύο τεχνητούς μύες. Η μονομαχία με το ρομπότ κράτησε 24 δευτερόλεπτα. Ο δεύτερος και ο τρίτος αγωνιζόμενος επιβίωσαν μόνο 4 και 3 δευτερόλεπτα, αντίστοιχα. Το τουρνουά αποκάλυψε, εκτός από καθαρά προβλήματα ισχύος, τα οποία μπορούν πάντα να λυθούν με την αύξηση του αριθμού των πολυμερών πλακών, και άλλες σοβαρές ελλείψεις των συσκευών. Για παράδειγμα, το τρίτο χέρι, που δημιουργήθηκε στο Virginia Tech, χρησιμοποιούσε χημικές διεργασίες αντί για ηλεκτρικούς παλμούς για να ενεργοποιήσει το πολυμερές. Σύμφωνα με τους προγραμματιστές του, μια τέτοια λύση είναι πολύ πιο φυσική για τη μελλοντική εφαρμογή τεχνητών μυών. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της εκπομπής, η βραδύτητα του μηχανισμού χημικής ενεργοποίησης εκδηλώθηκε πλήρως: ο τεχνητός μυς άρχισε να λειτουργεί μόνο λίγα δευτερόλεπτα μετά την έναρξη του αγώνα, οπότε ο χειριστής νικήθηκε ακόμη και πριν μπει σε λειτουργία.

Πρωταθλητής παιδικής ηλικίας

Ένας από τους σοβαρούς ανταγωνιστές του ομίλου Bar-Cohen είναι το Artificial Muscle, το οποίο είναι εξαιρετικά σοβαρό για την αποστολή του: «Να φέρουν στην αγορά μονάδες στερεάς κατάστασης που θα κάνουν στους κινητήρες και τις αντλίες ό,τι έκαναν οι ημιαγωγοί στους σωλήνες κενού». Ως κινητήρες στερεάς κατάστασης, το Artificial Muscle χρησιμοποιεί τα ίδια ηλεκτροενεργά πολυμερή, αλλά για να διακριθεί από τους ανταγωνιστές, χρησιμοποιεί μια διαφορετική συντομογραφία EPAM (Electroactive Polymer Artificial Muscle). Σύμφωνα με τους προγραμματιστές, οι τεχνητοί μύες στο μέλλον θα ξεπεράσουν όλες τις άλλες μηχανικές κινήσεις ηλεκτρομαγνητικές, πνευματικές, υδραυλικές και πιεζοηλεκτρικές από όλες τις απόψεις: κόστος, θόρυβο, ταχύτητα, βάρος και πυκνότητα ισχύος.

Αλλά αυτό συμβαίνει στο μέλλον, αλλά προς το παρόν, ένας τεχνητός μυς από πολυμερές EPAM μονής στρώσης είναι ικανός να αναπτύξει δύναμη μόνο 0,5 newtons (το βάρος ενός kettlebell 50 γραμμαρίων). Είναι αλήθεια ότι προσθέτοντας δεκάδες τέτοια στρώματα, μπορείτε να έχετε ένα αρκετά σημαντικό αποτέλεσμα. Τέτοιες συσκευές προσφέρονται ήδη, για παράδειγμα, στους κατασκευαστές καμερών ως μονάδες για τον μηχανισμό αυτόματης εστίασης.

Οι τεχνητοί μύες αναπτύσσονται με ταχείς ρυθμούς, αλλά πολλά από τα αποτελέσματα είναι ήδη κρυμμένα πίσω από ένα πέπλο εμπορικής μυστικότητας, επομένως είναι δύσκολο να μιλήσουμε για το ποιοι δείκτες είναι επί του παρόντος ρεκόρ. Αλλά, για παράδειγμα, η ικανότητα να αντέχει έως και 17 χιλιάδες κύκλους συμπίεσης-διάτασης ανά δευτερόλεπτο, που δηλώνεται από την Artificial Muscle, έχει μεγάλες πιθανότητες να γίνει ρεκόρ ταχύτητας στον κόσμο των τεχνητών μυών. Καθώς και η ικανότητα ενός πολυμερούς υλικού να αλλάζει το μήκος του κατά 3,8 φορές, που επιτυγχάνεται στο εργαστήριο της εταιρείας. Φυσικά, μια τέτοια «γελοιοποίηση» της ουσίας δεν μπορεί να συνεχιστεί για μεγάλο χρονικό διάστημα και εάν απαιτείται ο πολυμερής μυς να λειτουργεί αξιόπιστα εκατομμύρια φορές, δεν θα πρέπει να αλλάξει το μήκος του περισσότερο από 15%. Τουλάχιστον στο σημερινό επίπεδο ανάπτυξης αυτού του κλάδου.

Ηλεκτρομυϊκή Πανοπλία

Αλλά τα ευγενή επιστημονικά ενδιαφέροντα ειδικών όπως ο Δρ. Josef Bar-Cohen δεν ταιριάζουν με τη χρηματοδότηση και τις τεχνικές δυνατότητες εργαστηρίων που δεν περιφρονούν την εργασία για τον στρατό, όπως η BAE Systems. Αυτή η εταιρεία εκτελεί στρατιωτικές παραγγελίες για όλες σχεδόν τις τεχνικά ανεπτυγμένες χώρες του κόσμου και ως εκ τούτου πληροφορίες για τις εξελίξεις της εμφανίζονται αρκετά συχνά, παρά το καθεστώς μυστικότητας.

Αυτή τη φορά, η διαρροή έγινε μέσω μιας μικρής βρετανικής εταιρείας, της H. P. White Laboratory, η οποία ασχολείται κυρίως με τον έλεγχο της αντοχής των συστημάτων προστασίας: πανοπλία, αλεξίσφαιρο γυαλί, αλεξίσφαιρα γιλέκα. Σύμφωνα με το βρετανικό δίκαιο, πληροφορίες σχετικά με τις δραστηριότητες στρατιωτικών και ιατρικών εταιρειών δεν μπορούν να κρυφτούν εντελώς πίσω από το απόρρητο των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, επομένως, σύμφωνα με τις αναφορές τους, μπορεί κανείς να παρακολουθήσει έμμεσα την εξέλιξη των νέων εξελίξεων στη στρατιωτική σφαίρα. Αυτή τη φορά, οι ερευνητές πρότειναν τη χρήση της αρχής EAP για τη δημιουργία «πολλαπλής θωράκισης καταπόνησης», η οποία είναι μια πολυστρωματική δομή από μεγάλο αριθμό πολυμερών ταινιών διάσπαρτων με μικροσωματίδια ισχυρών κεραμικών και μαγνητισμένων σωματιδίων προσανατολισμένων με συγκεκριμένο τρόπο. Μια σφαίρα που χτυπά την πανοπλία προκαλεί μια αρχική παραμόρφωση και έχει ως αποτέλεσμα μια απότομη μετατόπιση των μαγνητισμένων σωματιδίων. Λόγω επαγωγής, ένα σύντομο ηλεκτρική ώθηση, που προκαλεί τη συμπίεση των πολυμερών ταινιών, αυξάνοντας δραματικά την αντοχή της θωράκισης, καθώς τα σωματίδια των ενσωματωμένων θωρακισμένων κεραμικών έχουν μια συγκεκριμένη σιλουέτα, η οποία τους επιτρέπει να προσκολλώνται σε μια συνεχή επίστρωση όταν συμπιέζονται.

Το σημαντικότερο πλεονέκτημα αυτού του συστήματος είναι ότι η μέγιστη «πυκνότητα» της θωράκισης σχηματίζεται ακριβώς στο σημείο πρόσκρουσης της σφαίρας, μειώνοντας σταδιακά στα πλάγια. Ως αποτέλεσμα, η κινητική ενέργεια της σφαίρας κατανέμεται ομοιόμορφα σε ολόκληρη σχεδόν την περιοχή της θωράκισης του σώματος. Η πανοπλία αποδείχθηκε, αν και πιο ογκώδης, αλλά πολύ ελαφρύτερη από τα σύγχρονα ανάλογα. Αν νωρίτερα γυρίστε την θωράκιση από αυτόματο τουφέκιδεν σκότωσε ένα άτομο, αλλά ήταν εγγυημένο ότι θα τον έθεσε εκτός δράσης για τουλάχιστον δεκάδες λεπτά, τότε, σύμφωνα με προκαταρκτικούς υπολογισμούς, το νέο προστατευτικό σύστημα δεν θα αφήσει καν αιματώματα στο σώμα ενός στρατιώτη.

Μέχρι σήμερα, οι τεχνητοί μύες έχουν χρησιμοποιηθεί κυρίως σε συγκεκριμένες περιοχές που παραδοσιακά έχουν ισχυρή κρατική υποστήριξη. Η πολιτική, ακόμη και η ιατρική έρευνα υστερεί σημαντικά σε σχέση με τον στρατό. Οι προγραμματιστές τεχνητών μυών φυλάσσουν προσεκτικά τα μυστικά της παραγωγής τους. Για παράδειγμα, η Artificial Muscle δεν πουλά καν τις πολυμερείς ταινίες της σε κανέναν, παρά μόνο έτοιμες μονάδες δίσκου που βασίζονται σε αυτές. Κάποια στιγμή, η κατάσταση αποδείχθηκε τόσο τρομερή που η ομάδα Bar-Cohen απλώς πήρε και δημοσίευσε στον ιστότοπό της μερικές απλές συνταγές για την κατασκευή ηλεκτρενεργών πολυμερών, έτσι ώστε περισσότεροι ανεξάρτητοι ερευνητές να μπορέσουν να συμμετάσχουν στην εργασία. Οι πρώτες δημόσιες συσκευές που χρησιμοποιούν τα κύρια χαρακτηριστικά των τεχνητών μυών θα εμφανιστούν την επόμενη δεκαετία και έχουν όλες τις πιθανότητες να γίνουν η επαναστατική καινοτομία που θα ανοίξει το δρόμο για τη δημιουργία πολυλειτουργικών αυτοκινούμενων οικιακών ρομπότ χαμηλού κόστους. Και όχι μόνο ρομπότ. Σύμφωνα με τον Δρ Bar-Cohen, η ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας θυμίζει πολύ την εφευρετική άνθηση του τέλους του 19ου και των αρχών του 20ου αιώνα: τα υλικά είναι άμεσα διαθέσιμα, τα πειράματα και η έρευνα μπορούν να γίνουν από οποιονδήποτε μαθητή με έξυπνο κεφάλι και οικονομικά το κόστος είναι ελάχιστο.

Μένει λοιπόν να κάνουμε υπομονή και σε δέκα χρόνια να ταρακουνήσουμε καλά τα περιεχόμενα του ραφιού επιστημονικής φαντασίας για να απαλλαγούμε από τεχνικά απελπιστικά ξεπερασμένα βιβλία.

τεχνητός μυςείναι ένας γενικός όρος που χρησιμοποιείται για ενεργοποιητές, υλικά ή συσκευές που μιμούνται τους φυσικούς μυς και μπορούν αντιστρέψιμα να συστέλλονται, να διαστέλλονται ή να περιστρέφονται μέσα σε ένα μόνο στοιχείο λόγω εξωτερικού ερεθίσματος (όπως τάση, ρεύμα, πίεση ή θερμοκρασία). Οι τρεις βασικές αντιδράσεις ενεργοποίησης - συστολή, διαστολή και περιστροφή - μπορούν να συνδυαστούν μαζί σε ένα μόνο συστατικό για να παράγουν άλλους τύπους κινήσεων (π.χ. κάμψη, συστολή της μίας πλευράς του υλικού ενώ διαστέλλεται η άλλη πλευρά). Οι συμβατικοί κινητήρες και οι πνευματικοί γραμμικοί ή περιστροφικοί ενεργοποιητές δεν πληρούν τις προϋποθέσεις ως τεχνητοί μύες επειδή εμπλέκονται περισσότερα από ένα εξαρτήματα στην ενεργοποίηση.

Με υψηλή ευελιξία, ευελιξία και αναλογία ισχύος προς βάρος σε σύγκριση με τις παραδοσιακές άκαμπτες μηχανές κίνησης, οι τεχνητοί μύες έχουν τη δυνατότητα να αποτελέσουν μια νέα τεχνολογία με μεγάλη αναστάτωση. Αν και επί του παρόντος είναι περιορισμένης χρήσης, η τεχνολογία μπορεί να έχει ευρείες μελλοντικές εφαρμογές στη βιομηχανία, την ιατρική, τη ρομποτική και πολλούς άλλους τομείς.

Σύγκριση με φυσικούς μύες

Αν και δεν υπάρχει γενική θεωρία που να επιτρέπει τη σύγκριση των ενεργοποιητών, υπάρχουν "κριτήρια ισχύος" για τεχνολογίες τεχνητών μυών που επιτρέπουν την προδιαγραφή νέων τεχνολογιών ενεργοποιητών σε σύγκριση με τις φυσικές μυϊκές ιδιότητες. Έτσι, τα κριτήρια περιλαμβάνουν την καταπόνηση, την καταπόνηση, τον ρυθμό παραμόρφωσης, τον κύκλο ζωής και το μέτρο ελαστικότητας. Μερικοί συγγραφείς εξετάζουν άλλα κριτήρια (Huber et al., 1997), όπως η πυκνότητα κίνησης και η ανάλυση παραμόρφωσης. Από το 2014, οι πιο ισχυρές τεχνητές μυϊκές ίνες που υπάρχουν μπορούν να προσφέρουν εκατονταπλάσια αύξηση ισχύος σε σχέση με το αντίστοιχο μήκος των φυσικών μυϊκών ινών.

Οι ερευνητές μετρούν την ταχύτητα, την ενεργειακή πυκνότητα, την ισχύ και την αποτελεσματικότητα των τεχνητών μυών. κανένας τύπος τεχνητού μυός δεν είναι ο καλύτερος σε όλους τους τομείς.

Τύποι

Οι τεχνητοί μύες μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κύριες ομάδες με βάση τον μηχανισμό ενεργοποίησής τους.

Πεδίο ηλεκτρικής ενεργοποίησης

Τα ηλεκτροενεργά πολυμερή (EPP) είναι πολυμερή που μπορούν να ενεργοποιηθούν με την εφαρμογή ηλεκτρικών πεδίων. Επί του παρόντος, τα πιο γνωστά περιλαμβάνουν πιεζοηλεκτρικά EAP πολυμερών, διηλεκτρικούς ενεργοποιητές (Deas), ηλεκτροσυστολικά εμβολιασμένα ελαστομερή, υγρά κρυσταλλικά ελαστομερή (LCE) και σιδηροηλεκτρικά πολυμερή. Αν και αυτά τα EAP μπορούν να λυγιστούν, η χαμηλή φέρουσα ικανότητα για κίνηση ροπής περιορίζει επί του παρόντος τη χρησιμότητά τους ως τεχνητοί μύες. Επιπλέον, χωρίς ένα αποδεκτό πρότυπο υλικό για την κατασκευή συσκευών EAP, η εμπορευματοποίηση παραμένει μη πρακτική. Ωστόσο, έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στην τεχνολογία EAP από τη δεκαετία του 1990.

Ενεργοποίηση με βάση ιόντα

Τα ιοντικά PPM ​​είναι πολυμερή που μπορούν να τροφοδοτηθούν από τη διάχυση ιόντων σε ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη (επιπλέον της εφαρμογής ηλεκτρικών πεδίων). Τα τρέχοντα παραδείγματα ιοντικών ηλεκτρενεργών πολυμερών περιλαμβάνουν πηκτές πολυηλεκτροδίων, πολυμερές ιοντομερών, σύνθετα υλικά μετάλλων (IPMC), αγώγιμα πολυμερή και ηλεκτρορεολογικά υγρά (ERF). Το 2011, αποδείχθηκε ότι οι στριμμένοι νανοσωλήνες άνθρακα μπορούν επίσης να τροφοδοτηθούν με την εφαρμογή ηλεκτρικού πεδίου.

Ηλεκτρική ισχύς ενεργοποίησης

Χημικός έλεγχος

Χημειομηχανικά πολυμερή που περιέχουν ομάδες που είναι είτε ευαίσθητες στο pH είτε χρησιμεύουν ως επιλεκτική θέση αναγνώρισης για συγκεκριμένες χημικές ενώσεις μπορούν να χρησιμεύσουν ως ενεργοποιητές και αισθητήρες. Τα κατάλληλα πηκτώματα διογκώνονται ή συρρικνώνονται αναστρέψιμα ως απόκριση σε τέτοια χημικά σήματα. Μια μεγάλη ποικιλία στοιχείων υπερμοριακής αναγνώρισης μπορεί να ενσωματωθεί σε πολυμερή που σχηματίζουν γέλη που μπορούν να δεσμεύουν και να χρησιμοποιούν μεταλλικά ιόντα, διάφορα ανιόντα, αμινοξέα, υδατάνθρακες κ.λπ. ως εκκινητές. Μερικά από αυτά τα πολυμερή παρουσιάζουν μηχανική απόκριση μόνο όταν υπάρχουν δύο διαφορετικές χημικές ουσίες ή εκκινητές, με αποτέλεσμα να λειτουργούν σαν λογικές πύλες. Τέτοια χημειομηχανικά πολυμερή είναι επίσης πολλά υποσχόμενα για [[στοχευμένη παροχή φαρμάκου | στοχευμένη παράδοση φαρμάκων ]]. Τα πολυμερή που περιέχουν στοιχεία που απορροφούν το φως μπορούν να χρησιμεύσουν ως φωτοχημικά ελεγχόμενοι τεχνητοί μύες.

Εφαρμογές

Οι τεχνολογίες τεχνητών μυών έχουν ευρείες εφαρμογές σε βιομιμητικές μηχανές, συμπεριλαμβανομένων των ρομπότ, των βιομηχανικών ενεργοποιητών και των εξωσκελετών. Τα EAP που βασίζονται σε τεχνητούς μύες προσφέρουν ένα συνδυασμό μικρού βάρους, χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, σταθερότητας και ευελιξίας για μετακίνηση και χειρισμό. Οι μελλοντικές συσκευές EAP θα έχουν εφαρμογές στην αεροδιαστημική, την αυτοκινητοβιομηχανία, την ιατρική, τη ρομποτική, μηχανισμούς άρθρωσης, ψυχαγωγία, κινούμενα σχέδια, παιχνίδια, ρούχα, διεπαφές αφής και αφής, έλεγχο θορύβου, αισθητήρες, γεννήτριες και έξυπνες δομές.

Οι πνευματικοί τεχνητοί μύες παρέχουν επίσης μεγαλύτερη ευελιξία, έλεγχο και ελαφρότητα σε σύγκριση με τους συμβατικούς πνευματικούς κυλίνδρους. Οι περισσότερες εφαρμογές PAM περιλαμβάνουν τη χρήση μυών που μοιάζουν με McKibben. Οι θερμικοί ενεργοποιητές όπως οι SMA έχουν διάφορες στρατιωτικές, ιατρικές, ασφάλειας και ρομποτικές εφαρμογές και μπορούν, επιπλέον, να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ενέργειας μέσω μηχανικών αλλαγών σχήματος.

Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει τεχνητούς μύες εδώ και πολύ καιρό, ανάλογα με την περιοχή στην οποία εργάζονται. Έτσι, στον τομέα της ρομποτικής, οι μαλακοί ηλεκτροστατικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται εδώ και πολύ καιρό, αλλά βιοϊατρικοί επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Duke κατάφεραν να αναπτύξουν μυϊκούς ιστούς με ευελιξία, ελαστικότητα και μυϊκή δύναμη φυσικής προέλευσης.

Ωστόσο, επιστήμονες της βιοϊατρικής έχουν δημιουργήσει παρόμοια πράγματα στο παρελθόν, αλλά η νέα εξέλιξη των επιστημόνων αποδείχθηκε η πιο ενδιαφέρουσα. Το θέμα είναι ότι βιοϊατρικοί μηχανικοί κατάφεραν να δημιουργήσουν μύες που μετά την εμφύτευση σε οργανισμούς μπορούν να αναγεννηθούν σε περίπτωση βλάβης.

Οι ερευνητές ξεκίνησαν να εργάζονται σε αυτόν τον τομέα πριν από πολλά χρόνια, αλλά ακόμα και τώρα συνεχίζουν να αντιμετωπίζουν διάφορα προβλήματα. Ένα από τα προβλήματα είναι το γεγονός ότι είναι αρκετά εύκολο να αναπτυχθεί μυϊκός ιστός, αλλά είναι πολύ πιο δύσκολο να προσδώσει κανείς όλα τα χαρακτηριστικά του πραγματικού μυϊκού ιστού ή να τον ξεπεράσει.

«Δημιουργήθηκε από εμάς στον τομέα της κατασκευής διαφόρων τεχνητών υφασμάτων. Είναι ο πρώτος τεχνητός μυς που έχει τη δύναμη και άλλα χαρακτηριστικά ενός φυσικού μυός, που είναι ικανός να αναγεννηθεί και μπορεί να μεταμοσχευθεί σε σχεδόν οποιοδήποτε είδος ζωντανού όντος».— Nenand Bersak, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Duke

Χρησιμοποιώντας μια νέα τεχνική που αναπτύχθηκε από επιστήμονες του πανεπιστημίου, οι μηχανικοί κατάφεραν να βάλουν τις ίνες του αναπτυσσόμενου ιστού να ταξινομηθούν προς μία κατεύθυνση, που είναι αυτό που δίνει στους νέους μύες τη δύναμη και την ελαστικότητά τους. Επιπλέον, στη διαδικασία της ανάπτυξης ινών ιστών, οι βιοϊατρικοί επιστήμονες άφησαν κενά διαστήματα μεταξύ τους και τοποθέτησαν μυϊκά βλαστοκύτταρα μεταξύ τους. Έτσι, όταν καταστραφούν, τα βλαστοκύτταρα μετατρέπονται σε κύτταρα ιστού και ο ιστός αποκαθίσταται. Είναι επίσης ενδιαφέρον ότι η διαδικασία αναγέννησης ενεργοποιείται επίσης σε περίπτωση βλάβης των ιστών από τοξίνες.

Για να δοκιμάσουν την απόδοση των τεχνητών μυών, οι επιστήμονες τους τοποθέτησαν σε ένα γυάλινο κέλυφος εμφυτευμένο στο πίσω μέρος ενός πειραματόζωου. Αξίζει να σημειωθεί ότι πριν ξεκινήσουν το τεστ, οι επιστήμονες τροποποίησαν τους μύες σε επίπεδο γονιδίου για να μπορούν να παράγουν λάμψεις φθορισμού όταν συστέλλονται. Μετά από δύο εβδομάδες, οι ερευνητές κατέγραψαν το εκπεμπόμενο φως και διαπίστωσαν ότι οι λάμψεις του φωτός αυξάνονταν σε ένταση και έγιναν πιο δυνατές, παράλληλα με την ενδυνάμωση των μυών.

Αυτή τη στιγμή, οι ερευνητές μελετούν το πρόβλημα της χρήσης τεχνητών μυϊκών ιστών για μύες που έχουν υποστεί βλάβη ως αποτέλεσμα τραυματισμών ή ασθενειών σε ανθρώπους ή ζώα. Οι ειδικοί ελπίζουν ότι στο εγγύς μέλλον μια τέτοια τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για την αποκατάσταση της βλάβης στον ανθρώπινο μυϊκό ιστό, αλλά και για την αποκατάσταση της δύναμης και της κινητικότητας στους υποβαθμισμένους μύες των ανθρώπων που θα τη χρειαστούν.