Сильный как перышко: новые идеи оптимальной конструкции мышц

Обязательно ли самые большие и самые выпуклые икроножные мышцы самые мощные? Ученые, занимающиеся новыми исследованиями мышечной архитектуры, утверждают, что не размер мышцы обеспечивает наибольшую силу, а ее расположение — в частности, перистое расположение, называемое «перистым».

Доцент Кристофер Клементе из Университета Саншайн-Кост, доктор Тейлор Дик из Университета Квинсленда, доктор Роберт Рокенфеллер из Университета Кобленца и доктор Михаэль Гюнтер из Университета Штутгарта использовали математические модели для определения окончательной конструкции мышцы — определения того, какой угол расположения мышечных волокон будет наилучшим образом соответствовать соотношению длины и толщины мышцы.

Их идеи, опубликовано сегодня в Открытая наука Королевского обществаможет повлиять на методы подготовки спортсменов и создания роботов.

«По сути, чем больше мышечных волокон работают бок о бок, тем большую силу может генерировать мышца», — сказал доктор Клементе.

«Благодаря расположению большего количества волокон под углом перистые мышцы имеют увеличенную площадь поперечного сечения, что напрямую связано с их способностью производить силу.

«Хотя на первый взгляд это может показаться неэффективным дизайном, мы знаем, что это чудо естественного дизайна, усовершенствованное эволюцией».

Однако компромисс заключается в том, что, хотя перистые мышцы отлично справляются с производством силы, они не столь эффективны в плане скорости.

Хотя это уже было известно, новое исследование выявило второй критерий проектирования: соотношение между длиной и толщиной мышц.

С помощью математико-геометрических моделей исследователи смогли определить оптимальный угол перистости, соответствующий соотношению длины к толщине мышцы, чтобы обеспечить максимальную выработку силы. Они назвали это явление «механическим преимуществом перистости».

Ведущий автор доктор Рокенфеллер заявил, что более глубокое понимание угла перистости вдохновит на создание новых подходов в биомеханике и робототехнике.

«Эти знания могут помочь в разработке более эффективных режимов тренировок для спортсменов, усовершенствовании методов реабилитации после травм и даже в создании более эффективных конструкций роботов и протезов, имитирующих движения человека», — сказал он.

«По мере того, как мы продолжаем узнавать больше о мышечной архитектуре, становится ясно, что природа оптимизировала наши мышцы способами, которые одновременно сложны и невероятно эффективны.

«Поэтому в следующий раз, когда вы будете восхищаться мощными икрами велосипедиста или взрывным стартом спринтера, помните, что большая часть их силы обусловлена ​​искусной, перистой конструкцией некоторых из их мышц — природным инженерным достижением, которое совершенствовалось на протяжении миллионов лет».