Наші м`язи працюють не так, як уявлялося
Якщо ви потягнете гумовий предмет, він розтягнеться, а якщо стиснеться, то і він зробить те ж саме. Хоча на вищезазначених виробах це видно краще, такі властивості є у переважної більшості матеріалів ...
...Але не у всіх: в 2012 році нарешті було експериментально реалізовано стан матеріалу з негативною сжимаемостью. тоді метаматериал вперше вдалося змусити вести себе протилежним чином: стискатися при розтягуючих зусиль і розтягуватися при стискається. Уявіть собі, що ви давите на подушку, а вона раптово спучується саме в тій точці, на яку ви тиснете, - це, грубо кажучи, і є негативна жорсткість.
Хоча дослідження м`язів ведуться давно і інтенсивно, наявність у них властивостей метаматеріалів досі не помічалося наукою. (Тут і нижче ілюстрації Rob Phillips, Wikimedia Commons.)
Відео: ПОЧУВАЄШ ПРАЦЮЮТЬ М`ЯЗА ?! не варто ПАНІКУВАТИ!
Вчені на чолі з Маттье Карюелем (Matthieu Caruel) з Політехнічної школи в Палезо (Франція) опублікували працю, який може дещо «перевизначити» наше розуміння метаматеріалів.
Провівши численні дослідження скелетних м`язів людини, вони виявили, що їх робота організована не так, як уявлялося. Відомо, що м`яз поводиться активно в періоди до 30 мс і пасивно близько 1 мс. На пасивних відрізках вона горазда на кілька незвичайних феноменів, в тому числі на негативну жорсткість, вважають автори.
Властивість це проявляється тоді, коли максимально скорочена м`яз (в тетанічних - скажімо, в судорожному - стані) раптово розширюється, стаючи менш напруженою, а коли вона раптово скорочується, то стає тугий без застосування АТФ - традиційного «палива», використовуваного м`язовою тканиною для отримання енергії. Як уклали вчені, така поведінка викликано фолдінг (Згортанням білка в третинну структуру) і зворотним фолдінг процесом, що проходить з модифікаціями міозину без звичайного для них розщеплення АТФ. При цьому м`язи в основному працювали поблизу критичної точки, показуючи синхронізоване поведінку на мікрорівні.
Подібно поводилися і отримані в минулому році метаматеріали з негативний жорсткістю, властивості яких обумовлені не стільки параметрами складових їх елементів, скільки штучно організованою періодичною структурою. Підкреслимо слово «штучно»: передбачалося, що в природних умовах метаматеріали виникнути не можуть, бо створення періодичної структури досить складно, і людське матеріалознавство лише недавно навчилося справлятися з ним. Тепер же властивості метаматеріалів виявилися притаманні матеріалами донезмоги природним - м`язам нашого тіла.
В експериментах було виявлено, що крім цього поперечно-смугаста м`яз напружує і розслабляє свої компоненти не так, як відомі нам «розумні матеріали», а вся відразу, отримуючи високосінхронізірованное зусилля при щодо малих енерговитратах. За цим колективним поведінкою м`язових елементів повинна стояти якась внутрішня архітектура, в якій взаємодії на великих відстанях домінують над взаємодією на малих дистанціях.
На наномасштабі, стверджують французи, взаємодія в м`язах функціонує на зразок магнетизму, а критична точка, в якій м`язи працюють краще за все, в даному випадку є прямим аналогом феромагнітної точки Кюрі.
Міозин і актин в своєму взаємодії можуть тимчасово обходитися без витрати АТФ, реагуючи на навантаження тільки за рахунок незвичайної негативною стисливості.
Відео: Як ростуть м`язи?
Також експериментально було показано, що м`язи демонструють самоорганізовану критичність - рису, властиву і метаматеріалів з негативною жорсткістю, які стабілізувалися за допомогою адаптивного контролера з обмеженою пам`яттю.
По всій видимості, це означає, що, передбачивши метаматеріали теоретично, а потім і створивши їх, людство нарешті підійшло до того моменту, в якому виявило, що ті ж метаматеріали працюють в ... людських м`язах.
Зауважимо, що раніше саме новинки з негативною жорсткістю пропонувалися в якості кандидата на штучні м`язи для робототехніки і навіть броню майбутнього - при попаданні кулі в бронежилет з такого гіпотетичного матеріалу протидію в точці контакту може виявитися вище, ніж власна енергія кулі. Схоже, «штучне» на ділі виявилося біонічним.
