Сила не в размере: Оптимальный дизайн мышц оказался «перьевидным»
Новое исследование показывает, что максимальную силу мышцы определяет не её размер, а архитектура — в частности, «перьевидное» (пеннатное) расположение волокон.
Учёные из Университета Саншайн-Коста, Университета Квинсленда, Университета Кобленца и Штутгартского университета с помощью математических моделей определили оптимальный дизайн мышцы. Они выяснили, какой угол расположения мышечных волокон лучше всего дополняет соотношение длины и толщины мышцы.
Результаты, опубликованные в Royal Society Open Science, могут повлиять на тренировки спортсменов и проектирование роботов.
Ключевые выводы:
- Сила в количестве и угле: Чем больше волокон работает параллельно, тем больше сила. Расположение волокон под углом (пеннация) увеличивает площадь поперечного сечения мышцы, что напрямую связано с её силой.
- Компромисс: Пеннатные мышцы превосходно генерируют силу, но менее эффективны для скорости.
- Второй критерий: Исследователи выявили второй важный параметр — соотношение длины и толщины мышцы.
- Оптимальный угол: С помощью математико-геометрических моделей учёные определили оптимальный угол пеннации, соответствующий конкретному соотношению длины и толщины мышцы для максимальной силы. Это явление назвали «преимуществом пеннации».
Значение и перспективы:
По словам ведущего автора Роберта Рокенфеллера, лучшее понимание угла пеннации вдохновит на новые подходы в биомеханике и робототехнике:
- Более эффективные тренировочные режимы для спортсменов.
- Улучшенные методики реабилитации после травм.
- Биовдохновлённые, более эффективные конструкции роботов и протезов, имитирующих движение человека.
«Природа оптимизировала наши мышцы сложным и невероятно эффективным способом», — заключают исследователи. Мощные икры велосипедиста или взрывной старт спринтера во многом обязаны своей силой именно умному, перьевидному дизайну мышц.