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人体肌肉的启示
发布于2008/12/14  

 

科学家们一直对人的肌肉运动进行研究。他们发现,人的肌肉是最简单的生物机械装置。

人的肌肉占了人体重量的40%。活的肌肉,是一台没有齿轮、活塞和杠杆的神奇“发动机”。它具有惊人的动力,能提起它自身重许多倍的重物。任何现代机器都要由“动力设备”(内燃机、电动机等)和“工作机械”两部分组成。然而在活肌肉里,这两者却是合为一体的。人造机器结构复杂,高速运转,磨损和维修是个大问题,因此是“短命”的机器。而活肌肉则是“自我维修”的机器,因而是“长命”的。

科学家们最感兴趣的是肌肉在把化学能转变成机械能时只需一步:在神经信号的刺激下,肌肉收缩变短变粗,直接把食物的能量转变为机械动力,牵引肌腱而使人运动。这里,肌肉是把食物的化学能直接变成了机械能,效率高达80%,而人造机器则必须先把燃料的化学能量变成热或电,然后再转换为机械能,产生运动。显然,能量的转换每增加一个步骤,就必定要损失掉一部分,从而降低了机械的效率。涡轮机是一种高效率的热机,但它的效率只有40%。

人们模仿活肌肉的这种优异特性,用聚丙烯酸等聚合物,制成了“人工肌肉”。把它放在不同的介质(碱、酸等)之中,便会有效地收缩或者松弛。这种可以直接把化学能转变成机械能的机器,我们把它叫做“机械—化学机”。如再配合以一定的机械装置,它就能提起重物,或者实现机件的往返运动。

人体肌肉的启示人工肌肉

活肌肉是一种新型的机器。人们模仿肌肉的工作原理,用包在纤维编织成的套筒里的橡胶管,或用含有纵向排列的纤维(钢丝、尼龙丝等)的橡胶管,制成了“类肌肉装置”。它可以带动残废者的假肢,也能开动其他机器。此外,目前人们还制成了一种“肌飞器”——扑翼机,并且模仿人的膝关节和肌肉系统制成了“液压运动模型”,它使“机器人”像真人那样行走。

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