Делаем мышцы своими руками

Искусственные мышцы своими руками: изготовление и особенности

Современные роботы могут многое. Но при этом им далеко до человеческой легкости и грациозности движений. И вина тому — несовершенные искусственные мышцы. Ученые многих стран стараются решить эту проблему. Статья будет посвящена краткому обзору их удивительных изобретений.

Полимерные мышцы от сингапурских ученых

Шаг к более человекообразным роботам недавно сделали изобретатели из Национального университета Сингапура. Сегодня андроиды-тяжеловесы двигаются за счет работы гидравлических систем. Существенный минус последних — небольшая скорость. Искусственные же мышцы для роботов, представленные сингапурскими учеными, позволяют киборгам не только поднимать предметы, которые в 80 раз тяжелее их собственного веса, но и делать это так же быстро, как и человек.

Инновационная разработка, растягивающаяся в длину в пять раз, помогает «обойти» роботам даже муравьев, которые, как известно, могут переносить предметы в 20 раз тяжелее веса их собственного тельца. Полимерные мышцы обладают следующими достоинствами:

• гибкостью;
• поражающей прочностью;
• эластичностью;
• способностью менять свою форму за несколько секунд;
• возможностью преобразовывать кинетическую энергию в электрическую.

Однако на этом ученые не собираются останавливаться — в их планах создать искусственную мускулатуру, которая бы позволила роботу поднимать груз, в 500 раз тяжелее его самого!

Открытие из Гарварда — мышцы из электродов и эластомера

Изобретатели, которые трудятся в Школе прикладных и инженерных наук Гарвардского университета, представили качественно новые искусственные мышцы для так называемых «мягких» роботов. По словам ученых, их детище, состоящее из мягкого эластомера и электродов, в чьем составе углеродные нанотрубки, по своим качествам не уступает человеческой мускулатуре!

Все существующие на сегодня роботы, как уже говорилось, имеют в своей основе приводы, чей механизм — это гидравлика или пневматика. Такие системы работают за счет сжатого воздуха или реакции химических веществ. Это не позволяет сконструировать робота, такого же мягкого и быстрого, как человек. Гарвардские ученые устранили этот недостаток, создав качественно новый концепт искусственных мышц для роботов.

Новая «мускулатура» киборгов — многослойная структура, в которой электроды из нанотрубок, созданные в лаборатории Кларка, управляют верхними и нижними слоями гибких эластомеров, являющихся детищем ученых уже из Калифорнийского университета. Такие мышцы идеальны как для «мягких» андроидов, так и для лапароскопических инструментов в хирургии.

На этом замечательном изобретении гарвардские ученые не остановились. Одна из последних их разработок — это биоробот-скат. Его составляющие — клетки сердечных мышц крыс, золото и силикон.

Изобретение группы Баухмана: еще один вид искусственных мышц на основе углеродных нанотрубок

Еще в 1999 г. в австралийском городке Кирхберге на 13-й встрече Международной зимней школы по электронным свойствам инновационных материалов выступил с докладом ученый Рей Баухман, работающий в компании Allied Signal и возглавляющий международную исследовательскую группу. Его сообщение было на тему изготовления искусственных мышц.

Разработчики под началом Рэя Баухмана смогли представить углеродные нанотрубки в виде листов нанобумаги. Трубочки в этом изобретении были всячески переплетены и перепутаны между собой. Сама нанобумага своим видом напоминала обычную — ее возможно было держать в руках, разрезать на полосы и кусочки.

Эксперимент группы с виду был очень прост — ученые прикрепили кусочки нанобумаги к разным сторонам клейкой ленты и опустили эту конструкцию в соляной электропроводный раствор. После того как была включена слабовольтная батарея, обе нанополоски удлинились, особенно та, что была связана с отрицательным полюсом электробатареи; затем бумага изогнулась. Модель искусственной мышцы функционировала.

Сам Баухман считает, что его изобретение после качественной модернизации существенно преобразит роботехнику, ведь такие углеродные мышцы при сгибании/разгибании создают электрический потенциал — производят энергию. К тому же такая мускулатура раза в три сильнее человеческой, может функционировать при крайне высоких и низких температурах, используя для своей работы невысокую силу тока и напряжения. Вполне возможно ее применение и для протезирования человеческих мышц.

Техасский университет: искусственные мышцы из рыболовной лески и швейных ниток

Одной из самых поразительных является работа ученой группы из Техасского университета, который расположен в Далласе. Ей удалось получить модель искусственной мускулатуры, по своей силе и мощности напоминающей реактивный двигатель — 7,1 л.с./кг! Такие мышцы в сотни раз сильнее и продуктивнее человеческих. Но самое удивительное здесь то, что их сконструировали из примитивных материалов — высокопрочной лески из полимера и швейной нитки.

Питание такой мышцы — это перепад температур. Обеспечивает его швейная нить, покрытая тонким слоем металла. Однако в будущем мышцы роботов могут подпитываться от перепадов температур окружающей их среды. Это свойство, кстати, вполне можно применять для адаптирующейся к погоде одежды и других подобных устройств.

Если скручивать полимер в одну сторону, то он будет резко сжиматься при нагревании и быстро растягиваться при охлаждении, а если в другую — то в корне наоборот. Такая нехитрая конструкция может, например, вращать габаритный ротор со скоростью 10 тыс. оборотов/мин. Плюс таких искусственных мышц из лески в том, что они способны сокращаться до 50 % от своей исходной длины (человеческие только на 20 %). Кроме этого, их отличает удивительная выносливость — эта мускулатура не «устает» даже после миллионного повторения действия!

От Техаса до Амура

Открытие ученых из Далласа вдохновило немало ученых со всего мира. Успешно повторить их опыт, однако, удалось только одному роботехнику — Александру Николаевичу Семочкину, главе лаборатории информационных технологий при БГПУ.

Вначале изобретатель терпеливо ждал новых статей в Science о массовом внедрении в жизнь изобретения американских коллег. Так как этого не происходило, амурский ученый решил со своими единомышленниками повторить замечательный опыт и сотворить своими руками искусственные мышцы из медной проволоки и рыболовной лески. Но, увы, копия оказалась нежизнеспособной.

Вдохновение из «Сколково»

Вернуться к почти заброшенным опытам Александра Семочкина заставил случай — ученый попал на роботехническую конференцию в «Сколково», где познакомился с единомышленником из Зеленограда, руководителем компании «Нейроботикс». Как оказалось, инженеры этой фирмы тоже заняты созданием мышц из лесок, которые вполне себе жизнеспособны.

Вернувшись на родину, Александр Николаевич с новыми силами принялся за работу. За полтора месяца он смог не только собрать работоспособные искусственные мышцы, но и создать машину для их скручивания, которая делала витки лески строго повторяемыми.

Благовещенская искусственная мускулатура

Чтобы создать пятисантиметровую мышцу, А. Н. Семочкину нужно несколько метров проволоки и 20 см обычной рыболовной лески. Аппарат по «производству» мускулатуры, кстати, напечатанный на 3D-принтере, скручивает мышцу в течение 10 минут. Затем конструкцию на полчаса помещают в печь, раскаленную до +180 градусов по Цельсию.

Привести в действие такую мышцу можно при помощи электротока — достаточно подсоединить его источник к проволоке. В результате она начинает нагреваться и передавать свое тепло леске. Последняя вытягивается или сокращается — в зависимости от вида мышцы, которую скрутил аппарат.

Планы изобретателя

Новый проект Александра Семочкина — «научить» созданные мышцы быстрее возвращаться в исходное состояние. Этому может помочь быстрое охлаждение питающей проволоки — ученый предполагает, что такой процесс будет быстрее происходить под водой. После того как подобная мышца будет получена, первым ее обладателем станет Искандерус — антропоморфный робот БГПУ.

Ученый не держит свое изобретение в тайне — выкладывает ролики на «Ютуб», а также планирует написать статью с подробной инструкцией по созданию машинки, скручивающей мышцы из лески и проволоки.

Время не стоит на месте — искусственные мышцы, о которых мы вам рассказали, уже применяются в хирургии для проведения эндо- и лапароскопических операций. А в лаборатории «Дисней» с их участием собрали функционирующую руку.

Источник

Как накачать мышцы дома

Накачаться можно где угодно. Хоть на турниках и брусьях, хоть в бесплатном уличном зале, хоть дома. Нужно немного терпения, моральной устойчивости к разным отвлекающим вещам, и времени. Да, быстро мышцы растут только в сказках про «12 недель из айтишника в Халка» или «8 недель из бухгалтера в Мисс Бикини». Тренировки дома могут быть эффективными, если они осознанные. Человек должен понимать, что делает – базовая анатомия, отличия упражнений друг от друга, техника, периодизация не должны быть пустыми звуками. Не понимаете? Как вариант, можно взять хорошую программу. Или подробно оценивать технику каждого движения по видео, которое снимается во время тренировки. Но для начала нужно немного разобраться с теорией и пройти пару программ для новичков.

Что происходит с мышцами во время тренировки

Самое общее – тренировка травмирует мышечные волокна, питание и восстановление помогают им расти. Во время занятия мы выполняем упражнения, которые повреждают мышечные волокна и создают стимулы для роста. Когда мы отдыхаем, едим достаточное количество белков, жиров и углеводов, и спим, гормональный фон организма переключается на анаболизм. Мышцы «чинятся», так как тело «понимает», что они нужны, человек в скором времени будет нагружать их снова. Со временем, мышцы увеличиваются, и человек приобретает то телосложение, которое захочет.

В теории фитнеса изменения в организме и мышечных тканях делят по тренировочным периодам.

Полный новичок

Представим, что кто-то провел всю жизнь на диване. В школе у него было освобождение от физкультуры, или какие-то нерегулярные занятия чем-то вроде бега или футбола. В университете пару лет он не ходил никуда, кроме баров, совсем, а потом увидел, что пузо, и тонкие ручки никому не нравятся, а одышка не добавляет личной эффективности. Наш воображаемый герой решил накачать мышцы.

Он купил домой гантели, турник в дверной проем, упоры для отжиманий, и откопал на даче дедов набор гирь. В зал он не идет, потому как там алчные тренеры разводят новичков на деньги. Он идет на Ютуб, где какой-нибудь блогер учит его делать отжимания от пола, и подтягивания с компенсацией части веса тела при помощи прыжка. Так наш герой занимается отжиманиями, подтягиваниями, приседами без веса, и легкими упражнениями с гантелями.

За месяц его нервная система привыкает «переваривать» нагрузки, улучшается сон, аппетит, уходит крепатура, которая преследовала в начале после каждого занятия. Постепенно растут силовые, вот он уже может отжаться более 20 раз, и вынужден приобретать упоры и утяжеленный жилет.

В первые 3-4 месяца рост силовых прямо пропорционален росту технического мастерства, поэтому при работе с тренером задачи вроде накачки мышц не ставятся. Но ведь новичка этим не замотивируешь! Ему хочется быстрее увидеть кубики на месте мягкого живота, и пик бицепса на месте тонких «цыплячьих» рук. Поэтому грамотный тренер в этот сложный период расскажет подопечному о правильном питании. При помощи нормализации рациона человек станет выглядеть лучше в считанные недели. Это и будет первым визуальным результатом.

По тренировкам в это время предпочтительны упражнения с весом тела или минимальными отягощениями. Программу строят вокруг отжиманий, подтягиваний, гоблет-приседов, выпадов с минимальным весом, приседаний без отягощения и прямых скручиваний на пресс. Эти упражнения нужно выполнять не спеша, следить за техникой.

Гипертрофия

Следующие пара лет – переломные в жизни начинающего фитнессиста. Обычный человек не видит особых результатов от домашнего тренинга и бросает. Да, это потому, что нас научили, что мышцы должны расти как в рекламе, то есть за 3-4 месяца мы должны видеть существенные изменения. Помучившись с полгода, человек вступает в клуб «пыльные гантели». Да, у тех, кто худеет, больше шансов на долгосрочную дружбу со спортом. Они достигают результата, в основном, при помощи правильного питания. Чем тщательней они соблюдают свой рацион, тем лучше у них получается менять себя. Такие люди успешно проходят похудение, а затем начинают набирать уже мышечную массу.

В общем, если брать дисциплинированного парня, который будет 3-4 раза в неделю заниматься с отягощениями, увеличивая нагрузку прогрессивно, и питаться на «рост массы», он наберет за пару лет около 20 кг. Да, не все это будут мышцы, отчасти увеличится и жировой компонент тоже. Чтобы это не сильно «испортило эстетику» специалисты рекомендуют чередовать массонаборные циклы с «сушкой». Но факт остается неизменным – за 2 года генетический потенциал гипертрофии мышц у большинства натуральных атлетов не исчерпывается.

Гиперплазия

Этим словом называют увеличение мышечных объемов за счет деления мышечных волокон. Кстати, не все научные исследования подтверждают, что человек, в принципе, способен увеличить массу за счет гиперплазии. Специалисты от бодибилдинга ссылаются на теорию профессора Селуянова, и рекомендуют его методики. Либо они же предлагают тренироваться в высоком объеме с легкими весами, и говорят, что так человек наберет около 10 кг мышц.

Печально, но проверить слова на практике удается единицам. Дело тут не в том, что люди ленятся качаться, а в том, что большинство теоретиков очень плотно используют не только спортпит, но и анаболические стероиды. Тут наука однозначна – человек, который тренируется на спортивной фармакологии способен на гиперплазию мышц. Да и масса у него растет намного быстрее.

Системная адаптация

Говорят, что не каждый билдер может добраться до той стадии, когда ничего уже не работает. Все дело в пресловутых жизненных обстоятельствах. Немного спасает тут то, что силовые виды спорта на практике чередуются. Кто-то начинает, чтобы просто накачать мышцы, а потом уходит в кроссфит или пауэрлифтинг, чтобы начать этими мышцами пользоваться. Другие чередуют «массу» и «сушку» и отсрочивают этот момент. Но когда адаптация наступает, считается, что спортсмен может только поддерживать форму и следить за тем, чтобы не возникали травмы.

Источник