Австралийские ученые изобрели искусственные мышцы, которые могут сокращаться в десятки раз сильнее человеческих, передает Tengrinews.kz.

Исследователи создали их из полиэфирных нитей, пропитанных специальным раствором. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Robotics Science. 

Ученые ориентировались на явление сверхспирализации, когда двойная спираль ДНК внутри клеток организма закручивается в еще более сложную спираль, сокращая свою длину примерно в тысячу раз. Оказалось, что такого же эффекта можно добиться на скрученных синтетических волокнах, если обеспечить им особые условия.

Исследователи скрутили нити попарно, пропитали гидрогелем и погрузили в воду. Получившиеся искусственные волокна сократились в длине на 90 процентов с энергией в один джоуль на грамм. При этом человеческие мышцы способны сокращаться только на 20 процентов с энергией порядка 0,03 джоуля на грамм.

По словам исследователей, полученные синтетические мышечные волокна можно использовать в протезах и роботизированных конечностях.

Новый тип искусственных мышц похож на итальянскую пасту, но гораздо прочнее

Инженеры-механики разрабатывают новую высокоэффективную технологию искусственных мышц. Последние достижения в этой области опубликованы в статье для Science Robotics. 

В области робототехники исследователи постоянно ищут самые быстрые, мощные, эффективные и недорогие способы дать роботам возможность двигаться. Поиск новых и более совершенных технологий (особенно в  «мягкой» робототехнике) часто основан на принципах биомиметики. Инженеры стремятся не только имитировать движение человеческих мышц, но и превзойти их.

Доцент Майкл Шафер и профессор Хайди Фейгенбаум с факультета машиностроения Университета Северной Аризоны вместе с аспирантом-исследователем Диего Хигуэрас-Руисом провели совместную работу. Они создали новую высокоэффективную технологию искусственной мускулатуры. Она дает роботам более человеческие движения благодаря своей гибкости и адаптируемости, но превосходит человеческие скелетные мышцы по нескольким параметрам.

Инженеры назвали новые линейные приводы «искусственными мышцами cavatappi» из-за их внешнего сходства с итальянской пастой.

Паста Cavatappi (A) и приводы, разработанные (CH) из простых вытянутых полимерных трубок (B). Предоставлено: Университет Северной Аризоны

Благодаря спиральной конструкции приводы могут генерировать больше энергии. Это делает их идеальной технологией для применения в биоинженерии и робототехнике. Удельные показатели работы и мощности искусственных мышц «каватаппи» оказались в десять и пять раз выше соответственно, чем у человеческих скелетных мышц. По мере развития технологии ученые ожидают и более высоких уровней производительности.

Искусственные мышцы cavatappi основаны на скрученных полимерных приводах. Они были довольно революционными, когда появились впервые из-за их мощности, легкости и дешевизны. Но они были очень неэффективными и медленными в работе, потому что их нужно было нагревать и охлаждать. Кроме того, их эффективность составляет всего около 2%. В случае с cavatappi ученые обошли это, используя жидкость под давлением для приведения конструкций в действие. 

Армия США оснастит своих боевых роботов живыми мышцами

Как показывают исследования, при всех своих неоспоримых достоинствах возможности вышеперечисленной механики, приводимой в действие электродвигателями, ограничены. По замыслу военных разработчиков, на смену механическим могут прийти биогибридные роботы, которые способны двигаться за счет сокращений органической мышечной ткани, выращенной в лаборатории. Активировать работу таких мускулов будут электрические импульсы или химическое воздействие.

Главное преимущество искусственных мышц и сухожилий – гибкость, они могут сгибаться, растягиваться и тянуться. Прекрасный пример – бег животных по пересеченной местности, когда им приходится преодолевать неожиданные препятствия, реагируя на них практически мгновенно. Гусеничный или колесный робот такими возможностями не обладает.

Ученые нашли способ поддерживать тонус мышц без тренировок

Ученые университета штата Мичиган выяснили, как поддерживать тонус мышц без упражнений. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications, сообщает Tengrinews.kz.

Ученые, проводя эксперименты на мухах-дрозофилах и мышах, обнаружили белок сестрин, от которого зависят выносливость организма и эффективность физических упражнений. 

В ходе исследования специалисты заставляли мух двигаться по "беговой дорожке" - пробирке с наклонной поверхностью, которую робот периодически встряхивал, и сравнивали результаты обычных мух и насекомых с "выключенным" геном сестрина.

Выяснилось, что после интенсивных "физических упражнений" клетки мышц обычных мух вырабатывали большое количество сестрина. Эти белки делали клетки более чувствительными к действию инсулина и благоприятно влияли на метаболические процессы. Кроме того, мухи с повышенным уровнем сестрина в мышцах даже без "тренировок" оставались "в форме".

Насекомые с "выключенным" сестрином не только обладали худшей выносливостью, у них снижалась аэробная функция дыхания и отсутствовал эффект сжигания жиров, связанный с физическими занятиями.

Полученные результаты открывают путь для дальнейших исследований, которые могут иметь реальный практический эффект. По мнению ученых, сестрин способен предотвращать атрофию мышц при длительной иммобилизации, а также бороться со старческим истощением.

При этом ученые замечают, что до создания препарата или пищевой добавки, содержащей сестрин, еще очень далеко.