Hệ thống thủy tĩnh cơ bắp

Hệ thống thủy tĩnh cơ bắp là một cấu trúc sinh học chủ yếu được tạo thành từ cơ bắp (không có khung xương cứng) sử dụng tính chất không nén được của mô cơ để tạo ra chuyển động và nâng đỡ. Các ví dụ điển hình bao gồm lưỡi của động vật có vú, xúc tu của bạch tuộc, xúc tu của mực và vòi của voi.

Nguyên tắc cơ bản

Các bộ xương cơ bắp hoạt động dựa trên nguyên lý thể tích không đổi : vì cơ bắp chủ yếu là nước và về cơ bản là không thể nén được, nên nếu một chiều (ví dụ: đường kính) co lại, chiều khác (ví dụ: chiều dài) phải giãn nở theo tỷ lệ tương ứng. Điều này cho phép chúng kéo dài, rút ​​ngắn, uốn cong và xoắn mà không cần xương hoặc khoang chứa chất lỏng riêng biệt, không giống như các bộ xương thủy tĩnh cổ điển như ở giun hoặc hải quỳ.

Cấu trúc cơ bắp

Các sợi cơ được sắp xếp theo ba hướng chính :

• Các sợi dọc theo trục dài (để co ngắn và uốn cong).

• Các sợi ngang/tròn/xuyên tâm xung quanh trục (để làm dày hoặc mỏng, và để kéo dài).

• Các sợi xoắn ốc/xiên quấn quanh trục (để tạo độ xoắn và vặn).

Các nhóm cơ vuông góc này hoạt động như các cơ đối kháng: một nhóm co lại trong khi nhóm kia giãn ra, cho phép biến dạng chính xác, không cần khớp nối ở bất kỳ vị trí nào dọc theo cơ quan.

Các động thái chính

• Sự kéo dài : Sự co cơ theo hình tròn, hướng tâm hoặc ngang làm giảm tiết diện, buộc cơ quan phải dài ra.

• Sự co ngắn : các cơ dọc co lại, làm giảm chiều dài và tăng đường kính.

• Uốn cong : Sự co cơ dọc một bên kết hợp với hoạt động đối kháng của các cơ vòng tạo ra sự uốn cong.

• Xoắn : các cơ xoắn ốc ở hai “chiều” đối lập co lại để làm xoắn cơ quan sang trái hoặc phải.

Tại sao chúng lại quan trọng

Các hệ thống điều chỉnh thủy lực cơ bắp mang lại sự khéo léo và khả năng điều khiển chính xác tuyệt vời, đó là lý do tại sao chúng truyền cảm hứng cho robot mềm (ví dụ: các bộ phận thao tác giống cánh tay bạch tuộc và các bộ phận kẹp kiểu vòi voi). Thiết kế của chúng cũng làm nổi bật cách mà chỉ riêng cơ bắp có thể tích không đổi có thể tạo ra chuyển động phức tạp, đa bậc tự do và điều chỉnh độ cứng, có liên quan đến cả cơ sinh học và kỹ thuật lấy cảm hứng từ sinh học.