空气肌肉:终结者全身肌肉的秘密

  DIY
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DIYer: Honus
制作时间: 5-6小时
制作难度: ★★★★☆
GEEK指数: ★★★★★
缘起于一个我参与的电子动画学项目,发现空气肌肉工作起来与人类肌肉十分相似,还能提供400倍于自身重量的拉力。在扭曲弯折甚至于水下状态也能工作,做起来也不贵哦~

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原理速读:“肌肉”由编织管套包裹的橡皮管构成,当管囊里面鼓足气体时,网套就横向扩张,纵向的轴距就被压缩了(因为构成网套的纤维本身不可拉伸),其结果就是“肌肉”缩短了长度,形成一个纵向拉力。
空气肌肉体现出来的效果与人体肌肉是那么的相像——给力增量随着拉升加剧而减少,当然这跟网套的材质和交织角度啥的有关。当网套横向膨胀鼓起的时候,交织的网格也变得更加致密,给力增量相应减少。图中,对于相同的负重增量,A状态下的肌肉显然比C状态下的肌肉收缩程度大。根据结构和材质的不同,空气肌肉大约可以在自身原长的40%内伸缩。
负重状态下持续往囊中充气的过程也是增大囊内容积的过程(假设恒温),鼓鼓囊囊的自我膨胀最后被编织网套所约束,因此假如想要产生更大的拉力,就很自然地会想到增大有效容积——最后总结一下,肌肉的拉力由长度,直径,以及网套材质(包括纤维结构,数量和交织角度)共同决定的!
在这里我用同种材质制作了两种尺寸的“肌肉”以演示原理——它们都工作在相同的大气压强下(60psi)但拥有不同的直径和长度。区别也显而易见:负载稍微加重一点,小肌肉就开始挣扎不堪,大肌肉表示仍然很淡定……真相见一楼。
 
 

1   工具和材料

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基本都可以在Amazon上买到,3/8″的编织尼龙网在卖电子元件的地方有。Amazon上有售多种尺寸的编织网,不过它也许不会说明确切的材料。
 

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需要个空气源:

○ 一个小型空气管压力调节器——这货名字太高级,其实自行车打气泵也可以(不过还是得把它折腾成一个适配器,使它用1 / 4″聚软管工作)。
○ 空气罐
○ 压力调节器(需要一个1/8″的NPT内螺纹接头和1/4″的NPT外螺纹接头)
○ 1 / 4″高压聚合管
● 各种刀(螺丝刀,剪刀,钳子,线切割)
● 打火机
 

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给小块肌肉的:

○ 1 / 4″硅或乳胶管
○ 3 / 8″编织尼龙网套
○ 1 / 8″小管倒钩(黄铜或尼龙)
○ 小螺栓(10-24号, 3 / 8″螺纹长度效果很好)
○ 保险丝
 

给大块肌肉的:

○ 3 / 8″硅或乳胶管
○ 1 / 2″编织尼龙网套
○ 1 / 8″大小的钻头,
○ 21/64″钻头
○ 1 / 8″× 27NPT的管头
○ 1 / 8″倒钩水管× 1 / 8″管螺纹适配器
○ 小管夹,
○ 3 / 4″铝或塑料棒来构建肌肉的末端
安全注意事项!!测试您的空气肌肉时请务必戴上安全眼镜!高压胶管弹出一个零件可能导致灰常严重的受伤。
 

2   构造小肌肉!

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● 首先把1 / 4″的硅胶管削短点。
 

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● 把小螺栓插入管子的一段,另一端接上软管倒钩。
 

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● 现在把3 / 8″编织套管削得比硅胶管长两英寸的样子。
 

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● 用打火机融化的编织套管的端头,这样它不会磨损分开。
 

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● 把编织套管套在硅胶管上并用保险丝把末端拧紧。
 

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● 来看看另一端。
 

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● 像这样扎两个钢丝环缠在编织套管的两端。
 

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● 现在在一端连接您的1 / 4″高压聚合管和给肌肉泵入少量空气,以确保它不漏气。
 

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● 来测试你的空气肌肉吧!在下端挂一个小物体,然后悬挂肌肉,让它自己伸展到全长。
 

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● 开始添加空气(到约60psi),看肌肉收缩情况。
 

3   做大块肌肉!

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● 我用 3/ 4″的铝或塑料棒来做肌肉末端。
 

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● 一端是实心的,另一端钻一个1 / 8″的洞来“进气”
 

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● 它的中间是一个1/ 8″的管螺纹接头倒钩水管,怎么把倒钩水管弄进去的呢?在中间垂直的1 / 8″空气孔的位置钻21/64″的洞。然后用1 / 8″螺纹钻在21/64″洞上拧出螺纹,这样倒钩水管就可以接上去了。
 

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● 现在剪个8″长的3 / 8″橡胶管,一端套进刚才加工的零件(钻了1/8″孔的一端)。
 

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● 剪长约10″的1 / 2″编织管(记得用打火机把一段融化封口),然后把它套在橡胶管上。橡胶管的另一端套进另一个加工了的零件。最后,用软管夹子把两端夹紧。
 

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● 大块肌肉和缩小版的差不多,只需添加空气,然后看着它收缩情况。
 

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● 你会立即意识到这是大块肌肉要强壮得多!
 
 

4   测试和吐槽

● 现在,你已经做了一些空气肌肉了。 通过增加悬挂物的重量使肌肉达到最大延伸。现在慢慢注入空气,直到60psi。
● 你首先注意到的是,每注入一点空气肌肉就收缩一点,而且收缩得越来越不给力,直到完全收缩。接下来,您会发现,随着肌肉收缩能力下降所能承受的负载增加,直到达到极限。这个过程非常类似于人类肌肉。
● 值得注意的是肌肉的大小对肌肉的表现会产生巨大的影响。举个栗子:在22磅(@ 60psi下),较小的肌肉虽然仍然可以承重,但它远不如较大的肌肉收缩得充分。其实空气肌肉的运动是相当复杂的数学模型,特别是考虑到他们的收缩中的变量。如果要进一步阅读,我建议看看 这个
● 空气肌肉可以应用于机器人技术(尤其是仿生机器人),矫形器/康复和假肢。
●需要记住的是,空气肌肉必须在有张力的情况下工作。例如:机器手臂经常是两块肌肉连一起动作以相互平衡。一个担任二头肌和一个担任三头肌。
●总体而言,空气中可以建造各种长度和直径的肌肉以满足各种强度的应用,它有个最大的优点就是重量轻。这几个参数很重要:
1)肌肉的长度
2)肌肉的直径
3)管材。天然乳胶气囊往往有比硅使用寿命更长,但是有些有机硅具有更强大的扩展速率(高达1000%),可承受比乳胶型更大的压力(这在很大程度上将取决于确切的管规)。
4)编织网材料。一些公司已经在气囊和网格之间使用氨纶套,以减少磨损。更严格的编织网,甚至可以改善气囊压力,减少对气囊的压力。
5)预先将气囊拉伸几次
6)圆角的边可以减少对气囊的压力集中。
 

5   DIYer签到处

怎样,来做两三块肌肉玩玩儿?

资料来源

翻译: 暴力白
编辑: Luna3.0

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