In meiner Geschichte hatte der Protagonist also einen Unfall, bei dem die meisten seiner Muskeln wieder aufgebaut werden müssen. Das medizinische Personal führt ein Verfahren durch, bei dem sie ihm kybernetische Muskeln geben, und ich denke, dass sie eine Art Material verwenden, das ähnlich wie menschliche Muskeln funktioniert, dh es wird eher von Nervenimpulsen als von Servomotoren usw. gesteuert. Ich habe mich nur gewundert über die Machbarkeit und ob es den zusätzlichen Vorteil hätte, dass er eine Weile ohne Nahrung auskommen könnte. Schließlich bräuchte die Muskulatur kein Eiweiß und wäre nicht anfällig für Milchsäurebildung etc.
Es gibt piezoelektrische Polymere (ich denke, das ist der richtige Begriff), die durch das Anlegen schwacher elektrischer Ströme verformt und / oder versteift werden können. Sie könnten durch herkömmliche Nervenimpulse ausgelöst werden, aber ein sekundäres Stromversorgungssystem wird benötigt, um A. genügend Energie zuzuführen und B. die richtige Art von Energie, da Nervenimpulse nicht in Form von elektrischem Strom vorliegen. Jeder, der mit einem solchen System ausgestattet ist, muss immer noch essen und möglicherweise seine Kalorienaufnahme erhöhen sowie einige ziemlich seltsame Nahrungsergänzungsmittel zu sich nehmen, um das System in Betrieb zu halten.
Jetzt gibt es hier mehrere Probleme; Energie, wie wird diese elektrische Energie bereitgestellt, ich würde eine kundenspezifische Umwandlung von chemischer in elektrische Energie vorschlagen, stellen Sie sich das wie eine Batterie vor, aber mit den Chemikalien, die durch die Nahrung zugeführt werden. Reparatur, idealerweise werden die künstlichen Muskeln von demselben System aufrechterhalten, das den Rest des Körpers am Laufen hält, aber wenn nicht, wie werden sie repariert und wie oft? Chemische Zusammensetzung, die besten existierenden Kandidaten für diese Anwendung, sind extrem giftig, wenn der Körper dieses Material abbaut, wird der Wirt sterben. Immunantwort, wenn der Körper das neue Material nicht zumindest als inert behandelt, vorzugsweise als natives Gewebe, dann wird es angegriffen, wodurch die Implantate abgebaut werden, aber was noch wichtiger ist, was eine systemische Reaktion hervorruft, die den Wirt töten würde.
Es gibt einige interessante medizinische Technologien, die mit 3D-Druckern zum Drucken von Knochenersatzteilen anstelle der Transplantation von Spenderknochen verwendet werden:
Um ein gutes Gerüst zum Auffüllen fehlender Knochen herzustellen, mischen Sie mindestens 30 Prozent pulverisierten natürlichen Knochen mit einem speziellen künstlichen Kunststoff und erstellen Sie die benötigte Form mit einem 3-D-Drucker. Das ist das Erfolgsrezept, über das Forscher der Johns Hopkins University in einem Artikel berichten, der am 18. April online in ACS Biomaterials Science & Engineering veröffentlicht wurde.
Den vollständigen Artikel finden Sie hier .
Es ist denkbar, dass in nicht allzu ferner Zukunft etwas Ähnliches für den Ersatz von Weichgewebe erreicht wird, das von Organen bis zu Muskeln reicht.
Sollte eine externe Stromversorgung erforderlich sein, könnte der Empfänger dieser Technologie mit einer implantierten wiederaufladbaren Batterie ausgestattet sein, oder wenn die Wissenschaft eine Lösung findet, ein Gerät ähnlich dem Brustlichtbogenreaktor von Iron Man. Man könnte weitere Veränderungen am Patienten vornehmen, um zu ermöglichen, dass aufgenommene Nahrung in Elektrizität umgewandelt wird, aber das würde die Sache sehr verkomplizieren, da das Ändern einer Sache das Ändern einer anderen erfordern würde, bis die gesamte Person künstlich ist.
Nerven verbrauchen/erzeugen Elektrizität, aber der Prozess ist biochemischer Natur, sodass Ihre künstlichen Muskeln entweder so angepasst werden müssten, dass sie wie normale Muskeln mit den Nerven und dem Rest des Körpers kommunizieren können, oder das Nervensystem würde dies tun nachgearbeitet werden, was zu ähnlichen Problemen wie oben beschrieben führt.
Wenn Sie offen für Mikroben-Engineering sind, könnten Sie, solange es kein wissenschaftliches Etikett gibt, an künstliches Muskelgewebe denken, das ähnlich wie Cluster von hydraulischen Pressen funktioniert, eine über der anderen. Dieses System könnte durch Streifen mikrobieller Brennstoffzellen angetrieben werden. Einige Vor- und Nachteile sind unten aufgeführt.
Zunächst einmal ist Ihr künstlicher Muskel wie ein mit Wasser gefüllter Schwamm. Die Grundidee ist, dass wir Muskelfasern nicht kontrahieren, sondern sie dehnen, indem wir sie mit Wasser füllen. Das Wasser wird durch osmotischen Druck in den "Schwamm" zurückgeholt, der selbst durch das Nervensignal gesteuert wird, das eine Spannungsdifferenz aktiviert. Zu diesem Zweck sind die Hohlräume des Schwamms Zellen. Es gibt zwei Arten von Zellen:
eine "Kolben"-Zelle, eine weiche Zelle, die von zwei starren Zylindern (an den beiden Enden offen) umhüllt ist, die aus Kohlenstoffketten (z. B. Zellulose, Polysacchariden oder Proteinen) bestehen. Die beiden Zylinder sind relativ zueinander verschiebbar und werden durch eine zylindrische Dichtung aus Proteinen zusammengehalten. Der Vollständigkeit halber ist die Dichtung elastisch und erinnert immer an die beiden Zylinder zusammen. Die weiche Zelle im Inneren ist durch passende Ringe aus Biotin und Streptavidin (denken Sie an Sekundenkleber) an der starren Umhüllung befestigt. Der Boden und die Oberseite dieser Weichzellen sind von Ionenpumpen und Wasserkanälen bedeckt. Diese Zellen sind mit Reservoirs von Chlorionen gefüllt.
eine "Damm"-Zelle, die die Anode der bakteriellen Brennstoffzelle umhüllt. Die Zelle ist ein Beutel mit H+, der von der Brennstoffzelle produziert wird und aktiv Wassermoleküle aus der Umgebung saugt, wodurch die überschüssige H+-Produktion von der Batterie verbraucht wird. Es ist von spannungsabhängigen Ionenkanälen bedeckt.
Wenn der Nerv aktiviert wird, depolarisiert er die Membran der „Mutter“-Zelle, wodurch die H+-Ionenkanäle geöffnet werden und zusätzliche Wassermoleküle auch in den Interzellularraum freigesetzt werden. Die Ionen fließen frei und verursachen eine Spannungsdifferenz zwischen den "Kolben"-Zellen und ihrer Umgebung. Die Spannungsdifferenz verursacht eine Depolarisation der "Kolben"-Zellmembran, was dazu führt, dass die Chlorionen aus den Reservoirs im Zellplasma freigesetzt werden. Die Freisetzung von Cl-, das sich im Gleichgewicht zwischen Zellen und der Umgebung befand, verstärkt die Spannungsdifferenz weiter und verursacht einen osmotischen Druck. Wasser wird in die "Kolben"-Zellen gepumpt, verlängert sie und bewirkt, dass sich der Muskel dehnt. Für jedes Wassermolekül wird auch ein H+ in die Zelle aufgenommen und zur Produktion von ATP verwendet.
Wenn der Nervenimpuls aufhört, schließt die „Damm“-Zelle die Ionenkanäle und beginnt wieder, Wasser einzupumpen. Die "Kolben"-Zelle gibt zuerst Wasser aufgrund des hydrostatischen Drucks ab (denken Sie an die elastische Dichtung), pumpt dann mithilfe von ATP Cl- in die internen Reservoirs zurück und pumpt schließlich Wasser in den Interzellularraum heraus, wodurch weiteres ATP zurückgewonnen wird.
Mikrobielle Brennstoffzellen . Diese können in dünnen Folien angeordnet sein, die um das künstliche Glied gewickelt werden könnten. Die Mikroben benötigen irgendeine Form von Nährstoff oder eine externe Energiequelle (z. B. die Sonne) oder beides.
Beachten Sie, dass ich aus wissenschaftlicher Sicht nicht ganz sicher bin, ob dies das 2. Prinzip der Thermodynamik vollständig erfüllt.
Wenn jemand Interesse hat, kann ich versuchen, eine Grafik zu erstellen.
nzaman
C. Dixon
nzaman