# Новая концепция автономной защиты морского побережья и защита от МБЭК

Greek City Times – ведущий англоязычный онлайн-медиаресурс – приводит информацию о Delian Alliance Industries, которая на прошедшей 6 по 9 мая выставке DEFEA 2025 (Metropolitan Expo), представила концепцию системы автономной береговой обороны Interceptigon, предназначенной для автономной обороны побережья. По нашей оценке, такая система может иметь ограниченное применение или дополнять системы классических ракетных береговых комплексов, однако принцип, заложенный в рассматриваемой концепции, может с успехом использоваться для создания автономной системы обороны от МБЭК, против которых бесполезны более мощные средства поражения, такие как ракеты береговых комплексов.

Представленная система содержит два ключевых элемента: Interceptigon A (БЛА с заявленными характеристиками: скорость – 100 км/ч; дальность – 40 км; полезная нагрузка 1,5кг; навигация – OSIRIS, работающий через визуальное картографирование и одометрию) и Interceptigon N (МБЭК с заявленными характеристиками: скорость – 80 км/ч; дальность – 30 км; полезная нагрузка – 70кг). Реализация концепции автономной системы обороны исчерпывающе раскрывает представленное видео, а сама концепция должна быть основана на массовом производстве недорогих элементов системы (БЛА и МБЭК), объединенных в единый контур обороны побережья.

Рассматривая реальную эффективность такой системы в будущем, на основании численного моделирования можно утверждать, что она будет эффективной против высокотехнологического флота только в случае заявленной массовости и достаточной дальности входящих в ее систему МБЭК и БЛА. В противном случае система окажется в будущем бесполезной против современных и оснащенных кораблей (здесь тот случай, когда разработка систем защиты корабля от новых средств поражения оказалась легче, чем разработка средств поражения), либо излишне дорогой и существенно проигрывающей традиционным системам, например, ракетным береговым комплексам. По существу, и БЛА, и МБЭК, входящие в состав Interceptigon, – относительно легкие цели для комплекса обороны корабля, которые могут быть эффективны в первую очередь при выполнении условия перегрузки обороняющей системы, что сделать не так просто и дешево с учетом дистанции от берега, на которой может действовать современный корабль.

Однако сама предложенная концепция с измененными средствами поражения может быть весьма эффективной против МБЭК. Предварительно проведенные оценки показывают перспективность, высокую эффективность и невысокую цену использования против МБЭК автономных донных ячеек, устанавливаемых непосредственно на дно или на определенной глубине. Принцип установки таких ячеек схож с установкой хорошо известных и активно применяемых еще со Второй мировой войны донных мин. При активации ячейки в момент угрозы (например, может использоваться акустический канал связи) ячейка, при обнаружении в своем радиусе (например, 1,5-3км) цели в виде МБЭК, выпускает на поверхность БЛА, имеющий системы самонаведения. В качестве системы наведения целесообразнее всего использовать ранее упомянутые для решения подобной задачи недорогие и эффективные системы с оптико-акустическим каналом наведения.

# Искусственные мышечные волокна: от сложного к простому, области их применения

Небольшая серия публикаций, посвященная вопросам создания искусственных мышечных волокон (ИМВ), от самых простых до первых волокон, работающих за счет химической энергии, извлекаемой при окислении сахаров. О практическом применении ИМВ: от простейших сервоприводов и точных манипуляторов в технике до бионики, начиная от создания бионических конечностей, вживляемых мышц (включая такую важную мышцу, как сердце) к созданию роботов-андроидов с мышечной тканью, работающей за счет реакций органического вещества с кислородом воздуха, приближаясь к принципу работы живых мышц человека. Поговорим о пока еще перспективах, но вполне возможных и близких, в создании ИМВ, способных к самомультипликации и росту, а также о куда более простых и доступных для реализации уже сейчас направлениях: создании перспективных экзоскелетов и роботов не андроидного типа, интеграции искусственных мышечных волокон в военные роботы и БЛА. В завершении всего цикла публикаций будут продемонстрированы специально снятые нами видео с работой нескольких типов волокон, включая волокна, работающие на энергии окисления сахаров.

# Искусственные мышечные волокна: от сложного к простому, области их применения

Часть первая. Искусственные мышечные волокна: от сложного к простому

Простейшие ИМВ могут быть легко созданы даже без специализированного оборудования, с использованием доступных материалов и при этом обладать характеристиками, пригодными для практического аспекта применения. Вот, например, краткая инструкция, как сделать ИМВ самостоятельно:

1. Отрезок нейлоновой рыболовной лески (диаметр 0,5–1 мм) закрепить одним концом в тисках или иным способом, а другим концом, например, в патроне электродрели.
2. Закрутить леску вокруг своей оси, пока она не свернётся в плотную спираль (1 метр лески дает примерно 17см спирали).
3. Для фиксации формы аккуратно нагреть спираль (например, в термошкафу или в духовке при 170–180°C в течение 30 минут) и дать остыть.
4. Произвести «тренировку» ИМВ путем нескольких циклов нагрева и охлаждения, что необходимо для стабилизации его свойств. Можно использовать для этого горячую и холодную воду. 
5. Результат: полученное ИМВ при нагревании (феном, током через намотанную нихромовую проволоку) будет сокращаться, а при остывании - возвращаться к исходной длине.

Дополнительно, ссылка на одну из статей, где описывается создание таких волокон, а результат легко воспроизводится.

Такое волокно может быть легко объединено в единую скрутку с нихромовой нитью, затем в пучок ИМВ и залито в эластомерные матрицы, например, полиуретан или силикон. Полученная искусственная мышца вполне работоспособна, способна выдержать несколько тысяч циклов сокращения-растяжения и в несколько десятков раз более сильна, чем мышечная ткань человека того же размера. КПД такого ИМВ вряд ли превысит 20-23%, но это и не так мало, по крайней мере сравнимо с КПД мышц человека (как правило, это 20-30%). Недостаток таких ИМВ – потребность в достаточно серьезных токах и напряжениях порядка 4-6В, не лучшие доступные варианты их охлаждения (необходимое условие для возвращения ИМВ в исходное расслабленное состояние после сокращения), но даже они могли бы иметь практическое применение, о котором поговорим отдельно в одной из следующих публикаций нашего цикла.

Если нужна ИМВ с более совершенными характеристиками и способностью реагировать на малые токи силой всего в несколько десятков миллиампер, то и эта задача вполне под силу для самостоятельной реализации из компонентов, которые можно приобрести на маркетплейсах, и не требующая сложного специализированного оборудования. В патенте, реализация которого была проверена нами, исчерпывающе приведена рецептура и способ получения такого ИМВ. Это ИМВ имеет уже более серьезные характеристики и более широкие области применения при вполне приемлемом КПД около 18%, однако серьезным недостатком этого ИМВ является ограниченный набор способов решения задач его эффективного охлаждения.

Создание более совершенных ИМВ уже требует специальных знаний и оборудования, хотя и не критически сложного. По принципу действия, стоимости и областям применения создаваемые ИМВ могут быть разбиты на три группы:

•ИМВ термоэлектрического типа
Эти ИМВ по своей концепции близки к описываемым выше простейшим вариантам, но имеют более тонкое строение структуры и используют специализированные, разработанные нами, материалы и технологии. Они относительно недороги в производстве, обладают быстродействием (до 23 циклов сокращений в секунду) и предполагают эффективный набор методов их охлаждения. КПД таких волокон уже выше и может достигать 34%. Тип энергии для питания таких ИМВ – электроэнергия с напряжением питания в диапазоне 1,5-12В, но управление ими может осуществляться токами силой менее 10мА, что сопоставимо с биотоками человеческого организма и открывает достаточно большую область применения подобных ИМВ.

•ИМВ химического типа
ИМВ в качестве источника энергии используют энергию, выделяемую химической реакцией окисления органического вещества, например, водного раствора метанола, ацетона или сахара (в частности, декстрозы или сахарозы). По сути, отличие ИМВ химического типа от термоэлектрических ИМВ состоит в замене термоэлектрического нагрева на нагрев с помощью волоконного нагревателя мембранного типа, в котором протекает химическая реакция. У таких ИМВ потенциально могут быть очень высокие показатели быстродействия, но пока лично нам удалось добиться показателя 4 цикла в секунду, что, впрочем, вполне достаточно для практического применения. ИМВ химического типа прекрасно управляются слабыми токами и перспективны для создания бионических протезов, а в будущем и для протезирования мышц человека при их атрофии.

•ИМВ биотипа
Это ИМВ, являющиеся, по сути, искусственно выращенными живыми клетками. Они способны к росту, регенерации и обладают всеми свойствами живой материи. Такие разработки, проводимые, например, MIT, судя по имеющимся публикациям, находятся еще в начале пути, и, несмотря на очень большие перспективы таких ИМВ, рано говорить об их практическом применении. Но если говорить об ИМВ, пусть и не являющихся живой тканью, но использующих принцип живой ткани (подобно тому как нейросети используют принципы, на которых работает мозг, не являясь его подобием), то создание ИМВ, способных к регенерации и в перспективе к росту (за счет эффекта самосборки), вполне возможно уже сейчас, о чем будет сказано в дальнейшем.

Каждому из этих типов ИМВ будут посвящены отдельные публикации ближе к концу цикла и продемонстрированы обещанные видео их работы, а сейчас перейдем к описанию других вопросов, связанных с ИМВ.

Продолжение следует.

# Искусственные мышечные волокна: от сложного к простому, области их применения

Часть вторая. Зооморфные роботы

Зооморфные роботы – роботы, сконструированные по образу и подобию животных. Применяются для спасательных операций, транспортировки грузов, исследований в сложных условиях и даже для общения с животными, но наиболее активно они внедряются в военное дело по всему миру. Эта часть публикации посвящена перспективам использования ИМВ (искусственных мышечных волокон) в качестве движителей для зооморфных роботов и придания им качественно новых характеристик с одновременным их удешевлением. Необходимо оговориться, что дальнейшее рассмотрение применения созданных ИМВ с минимальными значениями токов управления (эти ИМВ описываются в первой части публикации) в качестве движителей для зооморфных роботов подразумевает их использование совместно с искусственными нервными волокнами (ИНВ) и искусственными тактильными датчиками (ИТД).

Искусственные нервные волокна – материалы, имитирующие функции настоящих нервных волокон и часто совместимые с ними.

Искусственные тактильные датчики – сенсоры, позволяющие роботам, протезам или электронным устройствам "чувствовать" прикосновения и давление, имитируя осязание человека.

Тема ИНВ и ИТД, их особенности создания, интеграции с ИМВ и живыми организмами, заслуживает отдельной публикации, поэтому сейчас ограничимся лишь их упоминанием и рассмотрим различные концепции зооморфных роботов с использованием ИМВ, перспективы их создания и области применения.

Змеи-роботы (уже существуют) – это специализированные устройства, способные проникать в труднодоступные места для разведки, разминирования и проведения тактических операций на поле боя. Такие роботы активно разрабатываются в США (в т.ч. за счет средств исследовательской лаборатории Армии США), России и ряде других стран. Характеристики механических змей явно уступают живым змеям. Так, например, российская разработка может двигаться со скоростью до 1,8 км/ч и имеет 60 минут автономного времени работы. Для сравнения, змея черная мамба может развивать скорость до 20 км/ч и действовать (правда, в сугубо своих змеиных интересах) несоизмеримо дольше. Применение созданных ИМВ уже в ближайшей перспективе способно изменить ситуацию, сравняв показатели скорости и автономности с показателями живой змеи, при этом появляется возможность придания роботу естественного вида змеи. Сочетание ИМВ с ИНВ/ИТД может существенно снизить себестоимость изготовления робота и сделать экономически оправданным его использование в качестве робота-камикадзе.

Роботы-платформы – целая серия уже существующих зооморфных роботов, используемых в качестве шагающих платформ для транспортировки грузов и боеприпасов, в частности, размещения оружия, эвакуации раненых. Такие платформы имеют серьезное преимущество перед гусеничной и колесной техникой в части проходимости и незаметности. К таким зооморфным роботам-платформам относятся роботы-собаки, пауки и им подобные

В России создан робот-паук, способный двигаться по бездорожью со скоростью до 10 км/ч, оснащаться пулемётом, гранатомётом или огнемётом, работать до 5 часов и управляться на расстоянии до 1,5 км. В Китае разрабатывают роботов-пауков с возможностью применения в виде дронов-камикадзе для доставки взрывчатки в укрытия противника.

Применение ИМВ упрощает и удешевляет производство таких роботов, улучшая их автономность и скорость, расширяя номенклатуру выполняемых задач и позволяя сделать робота более естественным и пластичным, что может быть важным для военных целей и использования робота в качестве камикадзе.

Роботы рыбы – подводные устройства, внешне и по движению имитирующие настоящих рыб, что делает их почти незаметными для противника. Например, ВМС США разрабатывают робота-рыбу, способного развивать скорость до 74 км/ч, бесшумно передвигаться, проводить разведку, искать мины и доставлять грузы. Корпус робота выполнен из мягкого материала, не отражающего сигналов гидроакустики. Подобные роботы могут использоваться для скрытых операций, мониторинга и даже нанесения ударов по противнику в морской среде. Преимущества от использования ИМВ – серьезное удешевление и упрощение конструкции робота, придание автономности действия роботу до нескольких месяцев.

Роботы-птицы – пока существуют только разведывательные роботы, но с применением ИМВ их номенклатура значительно расширится. В качестве примера существующих роботов-птиц можно привести робоголубя, созданного инженерами из Стэнфордского университета и Университета Гронингена, и китайский летающий робот "Маленький сокол", разработанный Северо-Западным политехническим университетом, способный имитировать взмахи крыльев, выполнять резкие манёвры и предназначенный для скрытой разведки, наблюдения и нанесения точечных ударов. Впрочем, если говорить о применении «здесь и сейчас», то куда более перспективны роботы-летучие мыши, которые могут быть использованы в качестве планирующих боеприпасов, незаметных для ПВО и стойких к ущербу от стрелкового оружия. Пример таких роботов – американские Bat Bot и Aerobat, способные к тому же проникать в узкие пространства и выполнять сложные манёвры, добираясь до своей цели.

Все, что рассматривалось выше, – это единичные роботы, относительно крупные. Применение ИМВ значительно удешевляет и упрощает производство таких роботов, делая их массовыми и более естественными, но куда больше перспектив, если речь пойдет о мини- и микророботах с концепцией их применения, аналогичной описанной в романе «Непобедимый».

В романе Станислава Лема «Непобедимый» описаны уникальные боевые роботы - рои микромашин, которые эволюционировали на планете Региc III в результате «роботных войн» и стали частью местной экосистемы. Эти микророботы действуют как стая: поодиночке они просты и безвредны, но в большом количестве объединяются в облака, способны к самоорганизации и создают мощные электромагнитные импульсы, выводя из строя электронику и нарушая память у людей. Современные аналоги - концепции ройных дронов, микророботов и «умной пыли», где множество простых устройств действует как единый организм, используя коллективный интеллект и самоорганизацию для выполнения сложных задач.

Кратко перечислим примеры существующих роботов подобного типа: муравьи, пчелы, комары (не совсем роботы, см. патент US8967029B1, выданный в 2015 году), мухи (разработанные в Гарварде при поддержке ВВС США роботы имеют размах крыльев 27мм) и тараканы. Но размер таких дронов все еще великоват, их стоимость велика, что может быть исправлено с применением ИМВ.

Концепции применения микророботов могут быть сведены к следующим:

Концепция «муравей» - имеет больше гражданское, чем военное применение. Роботы, работающие в рое, способны поднимать грузы в сотни раз тяжелее себя и выполнять сложные задачи коллективно, что очень перспективно для разведки и спасательных работ там, где обычная техника бессильна.

Концепция «рой пчел» - роботы-камикадзе для уничтожения в первую очередь живой силы. С учетом простейших систем наведения на малых дистанциях (до 300м) это наиболее реалистичный концепт, не имеющий технологических ограничений для своей реализации уже в настоящее время. К месту действия рой может быть доставлен кассетным боеприпасом или иным носителем.

Концепция «медузы» - аналогичная концепции «рой пчел», предназначена для морских боевых миссий.

В качестве ИМВ для дронов, действующих в составе роя, наиболее применимы химические ИМВ, использующие энергию химической реакции и способные к неопределенно долгому (несколько десятков лет) режиму ожидания, что позволяет иметь большой их запас, пригодный для быстрого применения. Организация взаимодействия роботов в рое также не столь сложна, как может показаться, особенно если, подобно нашим экспериментам, уйти от концепции использования микроконтроллеров в сторону использования свойств материалов, таких как селективная магнито-, тепло-, фото-восприимчивость, в сочетании с интеграцией таких материалов с ИНВ.

Продолжение следует.

# Искусственные мышечные волокна: от сложного к простому, области их применения

Часть третья. Бионические протезы, экзоскелеты и экзомышцы

Если задать вопрос: возможна ли имплантация бионической конечности, то ответ будет утвердительным.

Бионическая конечность – это протез, который не просто заменяет утраченные части тела, а восстанавливает их функции, считывая сигналы от мышц, нервов или головного мозга и управляя движениями протеза, максимально приближёнными к естественным движениям человека.

Например, в декабре 2024 года хирурги Иркутской областной клинической больницы впервые в России провели реконструкцию кисти с использованием бионического протеза для участника СВО. Индивидуальный протез, изготовленный в Томске, включал недостающие костные и суставные элементы и был адаптирован для восстановления связок, что позволило сохранить двигательную функцию кисти и сократить реабилитацию. Пациент уже на третий день смог двигать рукой и захватывать предметы. Несмотря на то что такой протез нельзя назвать полномасштабным, описываемый случай показывает возможность проведения таких операций, а их перспективность и без этого не вызывает сомнений.

Но нас интересуют именно полноценные, целиком искусственные бионические конечности, имплантированные в живой организм. В открытом доступе есть интересный патент, посвященный созданию интересующей нас бионической конечности. Более того, в этом патенте указывается успешный опыт имплантации такой конечности пациенту. Наше отношение к этому патенту двоякое. С одной стороны, идеи, изложенные в нем, вполне рациональны и принципиально технически реализуемы, хоть и не описываемыми в патенте методами. Одновременно с этим факт имплантации такой бионической конечности и уж тем более заявленный эффект (пациент мог ею управлять и ее использовать) вызывает даже не сомнения, а чувство фантазийности описываемого по двум простым причинам:
Причина первая – биосовместимость и приживаемость описываемых материалов в долгосрочной перспективе (хотя в это, хоть и с трудом, еще можно как-то поверить).
Причина вторая – источник энергии для сокращения мышц. Обратимся к известным фактам: мощность электрических токов, которые возможно собрать с человека, составляет примерно 81 мВт во время сна и до 1630 мВт (1,63 Вт) при активном движении, а биотоки, возникающие в нервной системе и мышцах, сами по себе имеют еще меньшую мощность и обычно измеряются в микроваттах. Таким образом, биотоки организма служат лишь управляющим сигналом, а не источником энергии для совершения работы мышечным волокном. Мощности в единицы микроватт явно недостаточно для даже для приведения в действие бионической конечности, не говоря уже о совершении ею работы, для чего потребовалась бы мощность больше на три порядка. Тем не менее патент RU 2559417 C1 все же интересен для понимания общего принципа создания интересующей нас бионической конечности, и, если не акцентировать внимание на его реализуемости (включая и «технологию» изготовления ИНВ), он прекрасно справляется с этой задачей, позволяя не перегружать данную статью дополнительной информацией.

Теперь, осталось сформулировать основные ключевые моменты, которые должны быть учтены при создании бионической конечности:

1)Наличие скелета, например изготовленного из легких сплавов, в частности, алюминия или титана.
2)Наличие искусственных мышц, управляемых биотоками человека.
3)Наличие долгодействующего источника питания для ИМВ, из которых состоят искусственные мышцы. Здесь идеальны ИМВ химического типа, которые можно периодически заправлять раствором сахаров через специальный порт.
4)Наличие внешней оболочки, закрывающей конструкцию искусственного скелета и мышц и имитирующей кожу.
5)Наличие интегрированных ИНВ и ИТД, что обеспечивает управление бионической конечностью и обратную связь с мозгом в части передачи тактильных ощущений, воспринимаемых искусственной бионической конечностью.
6)Требование к долгосрочной биосовместимости, если речь идет об импланте, или, как минимум, биоинертности, если речь идет о снимаемой бионической конечности.
7)Требование к способности к саморегенерации – наиболее простое в технической реализации. Самовосстанавливающиеся материалы давно известны и уже второй десяток лет активно и массово используются в технике.

В названии этой части публикации есть слово «экзоскелет» и слово «экзомышцы». Создание описываемых бионических конечностей и нового поколения экзоскелета необычайно похожи. Перспективные экзоскелеты должны выглядеть скорее не как существующие классические экзоскелеты, например, хорошо описанные вот в этом патенте, а скорее как надеваемый комбинезон, содержащий структурные элементы, воспринимающие нагрузки и являющиеся функциональными аналогами и дублерами костей, и искусственные мышцы, воспринимающие биотоки, считываемые с соответствующих участков кожи и управляющие ИМВ искусственных мышц, действующие согласованно с биологическими мышцами, многократно усиливая совершаемую ими работу. Питание для экзомышц экзоскелета может осуществляться как электрической энергией за счет носимого аккумулятора, так и за счет химической реакции окисления сахаров (в случае с ИМВ химического типа, описанными в первой части публикации). При этом необходимо будет решить вопросы теплопереноса и отвода тепла, в т.ч. тепла, выделяемого организмом человека, но эти задачи более чем реализуемы и не представляют инженерной сложности.

# Искусственные мышечные волокна: от сложного к простому, области их применения

Часть четвертая. Нервные волокна – основа применения всех перспективных ИМВ

Мощность биотоков, генерируемых человеком, очень мала: например, электрическая активность мозга выражается импульсами с амплитудой около 500 микровольт и частотой от 0,5 до 55 Гц. Сердце также вырабатывает биотоки, которые можно зафиксировать с помощью ЭКГ, но их сила и мощность крайне низки и измеряются в микроваттах. Поэтому, чтобы работать с такими токами, нужны особенные материалы, и они уже сейчас существуют. Например, в журнале Nature Biomedical Engineering опубликована статья о растяжимом нейроморфном эфферентном нерве (SNEN), который позволяет управлять движением мышц у мышей, имитируя работу настоящих нервных волокон, и обеспечивает обратную связь с мозгом (DOI: 10.1038/s41551-022-00918-x.). В журнале Science Robotics описан нейромышечно-скелетный интерфейс для бионических протезов, где электроды подключаются к остаткам нервов и мышц, а сигналы передаются напрямую для управления движениями протеза. В журнале Journal of Visualized Experiments описаны методы хирургической имплантации и управления такими устройствами на животных моделях. Есть неплохая русскоязычная статья: "Физиологические обоснования метода искусственной коррекции движений посредством программируемой электростимуляции мышц при ходьбе" (авторы: Витензон А.С., Петрушанская К.А.), опубликованная в Российском журнале биомеханики (выпуск 2 (48), том 14, 2010 год), где подробно рассмотрены теоретические и практические аспекты электростимуляции мышц для коррекции движений.

В этой публикации мы не будем пересказывать информацию об ИНВ, которой вполне достаточно в открытом доступе, а лучше сосредоточимся на более простых ИНВ, больше пригодных для роботов, начиная с зооморфных и андроидных, о которых речь пойдет в следующих публикациях. Впрочем, описываемые принципы могут быть вполне применимы и в области медицины в части протезирования настоящих нервных волокон. Для выполнения поставленной задачи лучше всего сформулировать требования к таким ИНВ и указать основные принципы их создания:

1)Способность ИНВ к интеграции с биологическим нервным окончанием человека – это требование важно для бионических протезов и экзоскелетов.
Такая проблема уже сейчас решается за счет биосовместимых полимеров: полиазулена, полипиррола, политиофена, ряда других полимеров (например, поли-α-нафтиламина и его сополимеров), а также их смесей. Многие из указанных полимеров не только биосовместимы, но и способны к срастанию с нервами, способствуя их восстановлению.
2)Способность ИНВ передавать обратный сигнал мозгу, нервному управляющему центру (в случае некоторых зооморфных роботов – об этом речь пойдет в следующих публикациях) или электронному вычислительному устройству от микропроцессора до микроконтроллера.
Токовый импульс в живом нерве проходит одновременно от управляющего центра (например, мозга, процессора) и к управляющему центру от управляемой мышцы. В биологических системах, включая организм человека, это происходит за счет перемещения по объему волокна зарядов: отрицательных (электронов) и положительных (ионов натрия и калия). Повторение такого механизма передачи, а не замена ИНВ на, скажем, металлическую нить, крайне важно для выполнения п.4 и п.5 и обеспечивается микропористой структурой нерва, выполненного в форме ионной мембраны.
3)Необязательна, но очень желательна способность к самовосстановлению в случае, например, механического повреждения.
Это относительно простая задача, решаемая за счет микрокапсулирования в объеме волокна сшивающих агентов и эффектов самосборки.
4)Малые омические потери при передаче управлявшего импульса тока в сочетании со способностью распределённой передачи управляющего сигнала и такой же способностью к формированию ответного сигнала.
Органический проводник – это не металл, и его проводимость оставляет желать лучшего. Но решение найдено самой природой: если попытаться кратко объяснить механизм ионной передачи импульса, то он схож с механической передачей импульса от подвешенного на нитке металлического шарика другим шарикам, что приводит в движение замыкающий шарик. Но самое важное, что дает такой механизм, – это возможность создания сети нервов, позволяющей имитировать способность ощущать прикосновение в любой точке поверхности тела (для организма или поверхности конструкции для робота).
5)Согласование частот, генерируемых ИНВ, с частотами, воспринимаемыми организмом.
Эта задача решается сразу по двум направлениям: ионное взаимодействие (в случае сращивания ИНВ с настоящим нервом) и модуляция соответствующих ответных импульсов за счет подбора соответствующих органических пьезоволокон, включённых в состав ИНВ.

Таким образом, ИНВ, с одной стороны, уже существуют в реальности, с другой стороны, нет технологических ограничений в их развитии, а использование ИНВ существенно увеличивает функционал роботов и бионических конечностей.

Продолжение следует.

# Искусственные мышечные волокна: от сложного к простому, области их применения

Часть пятая. Проблемы сопряжения ИМВ, ИНВ и ИТД

Для начала нужно сказать, когда и в каких случаях возникают проблемы сопряжения ИМВ, ИНВ и ИТД и для каких практических задач их необходимо решать. Все эти задачи обусловлены необходимостью копирования работы соответствующих структур живого организма, а также создания рефлекторного уровня управления, и могут возникать в следующих случаях:

1) При создании роботов, например, зооморфного робота-змеи, когда требуется синхронизированное управление массивом ИМВ в сочетании с необходимостью мгновенного отклика на внешние раздражители, тактильные ощущения поверхности, по которой ползет робот-змея. Решение такой задачи многократно упрощает управление роботом, создавая возможность его массового применения, а процессы управления во многом переносятся на подобие рефлекторного уровня (пример такого уровня – отдергивание руки человека от горячего предмета или в случае укола шипом растения, укуса насекомого). Такой рефлекторный уровень на примере робота-змеи позволяет, например, задать роботу лишь направление, предоставив ему самостоятельно решать, как преодолеть маршрут.

2) В медицинском аспекте, при создании бионических протезов конечностей. Здесь все просто: это возможность неживой бионической конечности восприниматься мозгом человека как собственной части тела, и возможность бессознательного контроля бионической конечности. Но здесь еще важно согласование такой искусственной системы с ее естественным биологическим аналогом, о чем уже говорилось ранее.

3) В случае задач по созданию человекоподобных роботов следующего поколения. Собственно, это объединенные задачи по п.1 и п.2.

Принцип решения этих задач един – создание разветвлённой сети нервных волокон, объединенных в нити. Основываясь непосредственно на нашем опыте, весьма перспективным оказался путь создания сети нервных волокон путем ввода в композитную эластомерную матрицу микроволокон ИНВ и пропитку этой композицией, до ее отверждения, пучка из ИМВ. В этом случае для создания ИТД достаточно покрыть в нужных местах отвержденную эластомерную композицию таким же составом, где ИНВ содержат в своем составе органические нитевидные пьезоэлементы. Главные преимущества описываемого способа – невысокая цена и простота исполнения в сочетании с надежностью и эффективностью.

В этой части публикации говорится о тех случаях, когда такое сопряжение необходимо для получения существенного выигрыша в функциональности, технологичности и стоимости производства робота или элементов робототехники. Во всех других случаях вполне достаточно обойтись куда более простыми решениями без описываемого интегрального объединения ИМВ, ИНВ и ИТД.

Продолжение следует.

Цикл публикаций, посвященный искусственным мышечным волокнам и их применению, подходит к своему завершению. Впереди самые интересные публикации, освещающие альтернативные пути создания нервных центров и мозговых структур, публикация о проблеме (в свете технического аспекта) модернизации человека до состояния киборга и о том, каковы перспективы создания биоробота на примере фантазийного терминатора Т-800. Сейчас же, совсем ненадолго, буквально на несколько дней, сделаем небольшую паузу в цикле публикаций, чтобы немного уделить время другим тематикам и рассказать о канале: с какой целью он создан, как рождается материал для публикаций, кого мы видим читателями и подписчиками канала, чем он может быть интересен. Кроме того, расскажем о некоторых промежуточных результатах испытаний новейших систем трансдермального переноса и создания на их основе онкопротекторных космецевтических препаратов (кремов для загара и ухода за телом) – продуктов, созданных на стыке космецевтики, технологии БАД и фармацевтики.

# Несколько слов о телеграмм-канале

Несколько слов о канале: с какой целью он создан, как рождается материал для публикаций, кого мы видим читателями и подписчиками канала, чем он может быть интересен.

О чем этот канал? Как и сказано в описании канала, это канал о технике и технологиях. Авторы публикаций канала – исследователи, разработчики, люди, знающие и любящие свое дело. Канал не претендует на объективность, хотя бы с формальной точки зрения (об этом несколькими словами позже), но старается быть честным, а при оценке того или иного аспекта принимать во внимание как можно большее количество источников информации и мнений оппонентов. Формат телеграмм-канала не предполагает к публикации полноценных научных статей, но это и не нужно, поскольку хочется, чтобы материал был интересен как можно более широкому кругу читателей. Вместе с тем, любое наше утверждение, сделанное в публикациях канала, может быть, при необходимости, подтверждено результатами литературного поиска, протоколами испытаний и измерений, расчетами и другими подобными методами, на которых строится написание любой полноценной научной статьи.

Почему он создан и для чего? Компания ЭОН объединяет и координирует большое количество специалистов: своих сотрудников, специалистов из ряда научно-исследовательских организаций, работающих над совместными проектами или поддерживающих отношения в рамках научно-технического сотрудничества. В процессе работы за многие годы накопилось большое количество технических идей, концепций, научно-технического задела. Проведено множество испытаний, изготовлена не одна сотня прототипов, а зачастую – экспериментальных полноценных образцов. Наши области интересов, по которым сформирован и продолжает формироваться научно-технический задел, широки: от материаловедения (например, мы одни из первых, кто много лет назад получили одностенные бездефектные УНТ химическим методом из метана, а также гибридные азотсодержащие УНТ), технологий основного органического синтеза и нефтепереработки, смазочных материалов до технологий производства фармацевтических субстанций, продуктов тонкого синтеза и сложных механических изделий, включая робототехнику и двигатели, в т.ч. адаптированные для БПЛА. Все технологии, концепты являются актуальными в настоящее время и на время их реализации и зачастую превосходят по ряду показателей не только технических, но, что не менее важно, экономических, большинство известных технологий. Таким образом, цель создания канала – привлечь внимание к имеющемуся научно-техническому заделу с целью его коммерциализации по любым возможным вариантам: от продажи технологий до осуществления совместной деятельности.

Кому он адресован? Канал адресован в первую очередь техническим специалистам, специалистам компаний, собирающим техническую информацию для ее предоставления руководству, для конструкторов и инженеров, закладывающих те или иные решения в свои разработки. Но мы стараемся, чтобы даже серьезная техническая информация была понятна читателю, не имеющему профильного образования, а ее прочтение было бы интересным.

# Промежуточные итоги испытаний препаратов с использованием ХСТДП

ХСТДП (химические системы трансдермального переноса) – это комплекс химических соединений, осуществляющих перенос биологически- (и/или фармацевтически-) активных соединений через плотные слои эпидермиса, обеспечивая их попадание в глубокие слои кожи и кровоток организма. В данной публикации приводятся неожиданные данные, касающиеся испытаний космецевтической продукции, проявившей онкопротекторные свойства.

О ХСТДП говорилось ранее. В процессе разработки в области перспективных фармацевтических и космецевтических препаратов нами были созданы экспериментальные партии космецевтических продуктов: крема для загара и крема для ухода за телом. Особенность их рецептуры состоит в использовании в рецептуре ХСТДП и биологически активных соединений, выделенных из грибов Inonotus obliquus (березовая чага) и Lentinula edodes (шиитаке).

•Вещества-антиоксиданты и вещества, усиливающие иммунитет: KS-2, эмитанин,
L-эрготионеин, эритаденин, меланин.
•Бета-глюканы, включая лентинан. Бета-глюканы стимулируют иммунную систему, активируют клетки-киллеры и способствуют уничтожению раковых клеток, а также борются с антивозрастными изменениями.
•Птерины – признаны медициной как вещества с противоопухолевым действием, также являются мягкими иммуностимуляторами.
•Бетулин и бетулиновая кислота – обладают выраженной противораковой активностью, особенно бетулиновая кислота может тормозить развитие опухолей.
•Тритерпеноиды ланостанового ряда – около 40 соединений с противоопухолевыми свойствами.
•Меланин – выступает не только антиоксидантом, но и помогает организму справляться с последствиями радиации и окислительного стресса.

Действие активных соединений является известным и клинически доказанным (например, лентинан – это вещество и одноименный противоопухолевый препарат). Новшеством в данном случае являются технологии их селективного выделения и сочетания с ХСТДП. Поэтому вполне ожидаемым и прогнозируемым было общеукрепляющее и онкопротекторное действие на организм (в креме для ухода за телом) и онкопротекторное и, в меньшей степени, общеукрепляющее (из-за особенностей рецептур) действие в креме для загара. Однако совершенно неожиданными явились более выраженные свойства этих соединений в борьбе с раком кожи. В публикации приводим результаты испытаний на «гуманизированных» мышах линий NOD/SCID и NSG, где препараты показали замедление роста меланомы вплоть до ее остановки.

«Гуманизированные» мыши линий NOD/SCID и NSG – это мыши, у которых отсутствует иммунитет и им можно пересаживать человеческие клетки меланомы для изучения их поведения и тестирования терапии.

Безусловно, для использования выявленного эффекта в медицине требуются дальнейшие исследования и испытания, однако он служит хорошим дополнительным подтверждением заданных при разработке ключевых свойств наших космецевтических препаратов (общеукрепляющего крема и крема для загара с онкопротектором).

# Промежуточные итоги испытаний препаратов с использованием ХСТДП

Эта публикация – продолжение предыдущей публикации, своего рода небольшой отчет об еще одном препарате, созданном с применением разработанной новейшей ХСТДП

Противоожоговый крем с ХСТДП занимает промежуточное положение между чистым космецевтическим и фармацевтическим направлением. Действующими веществами противоожогового крем-геля являются хитозановые микрочастицы и комплексы гиалуроновой кислоты в сочетании с ХСТДП. Хитозан и гиалуроновая кислота традиционно используются в медицине для лечения ожогов, однако их сочетание в форме супрамолекулярного комплекса и ХСТДП значительно усиливает действие по стимулированию роста грануляционной ткани и способности предотвращать образование рубцов. Кроме того, дополнительно над ожоговой поверхностью образуется дышащая и увлажняющая пленка с бактерицидными свойствами, что также способствует заживлению пораженного участка кожи, а сам препарат обладает обезболивающими свойствами за счёт снижения скорости проведения ноцицептивных (болевых) импульсов в периферических нейронах. На фотографиях представлена динамика заживления термического ожога с глубоким поражением кожи (степень ожога IIIа, т.е. были повреждены все слои кожи); время заживления до состояния, отображенного на фотографии - 12 дней.

# Искусственные мышечные волокна – «живое» моторное масло

Прежде чем вернуться к продолжению цикла публикаций об ИМВ, небольшая заметка про практическое их применение в маслах: моторных, трансмиссионных, гидравлических. В первой публикации цикла говорилось о макроскопических ИМВ из полимеров, способных сокращаться под действием тепла. Несколько изменив структуру таких ИМВ, можно получить ИМВ со способностью расширяться, а уйдя в субмикронный размер – получить их устойчивую дисперсию, например, в минеральном масле. Одним из ключевых параметров масел (моторных, трансмиссионных, гидравлических) является показатель индекса вязкости. Этот показатель демонстрирует, насколько масло сохраняет свою вязкость постоянной вне зависимости от температуры: чем больше показатель индекса вязкости, тем более постоянна вязкость. Традиционно для придания маслам таких свойств в чистые базовые масла добавляют полимерные присадки, т.н. модификаторы вязкости. Когда масло холодное, молекулы полимера находятся в форме глобулы, уменьшая вязкость масла. Когда происходит нагрев, базовое масло теряет вязкость и становится более жидким, а молекулы полимера из состояния глобулы раскрываются в развернутые структуры, повышая вязкость масла, таким образом стремясь компенсировать уменьшение вязкости системы «базовое масло – полимер». Собственно, по такому же принципу работают и синтезированные нами микроскопические микроволокна ИМВ, но делают это значительно эффективнее. Например, минеральное масло имеет индекс вязкости около 90. Добавкой, например, полиизобутилена его можно поднять до 150-180, а при добавке куда меньшего количества ИМВ удалось получить индекс вязкости, равный 978. При этом расчеты показывают принципиальную возможность создания масляных систем с индексом вязкости свыше 2600. Данный эффект крайне интересен, и мы намерены продолжить его изучение с целью возможности в дальнейшем использовать его для создания линейки новейших «живых» масел, применяемых в технике.