如何制作一個(gè)簡(jiǎn)易的空氣肌肉？

緣起于一個(gè)我參與的電子動(dòng)畫學(xué)項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)空氣肌肉工作起來(lái)與人類肌肉十分相似，還能提供400倍于自身重量的拉力。在扭曲彎折甚至于水下狀態(tài)也能工作，做起來(lái)也不貴哦~

原理速讀：“肌肉”由編織管套包裹的橡皮管構(gòu)成，當(dāng)管囊里面鼓足氣體時(shí)，網(wǎng)套就橫向擴(kuò)張，縱向的軸距就被壓縮了（因?yàn)闃?gòu)成網(wǎng)套的纖維本身不可拉伸），其結(jié)果就是“肌肉”縮短了長(zhǎng)度，形成一個(gè)縱向拉力。

空氣肌肉體現(xiàn)出來(lái)的效果與人體肌肉是那么的相像——給力增量隨著拉升加劇而減少，當(dāng)然這跟網(wǎng)套的材質(zhì)和交織角度啥的有關(guān)。當(dāng)網(wǎng)套橫向膨脹鼓起的時(shí)候，交織的網(wǎng)格也變得更加致密，給力增量相應(yīng)減少。圖中，對(duì)于相同的負(fù)重增量，A狀態(tài)下的肌肉顯然比C狀態(tài)下的肌肉收縮程度大。根據(jù)結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的不同，空氣肌肉大約可以在自身原長(zhǎng)的40%內(nèi)伸縮。

負(fù)重狀態(tài)下持續(xù)往囊中充氣的過(guò)程也是增大囊內(nèi)容積的過(guò)程（假設(shè)恒溫），鼓鼓囊囊的自我膨脹最后被編織網(wǎng)套所約束，因此假如想要產(chǎn)生更大的拉力，就很自然地會(huì)想到增大有效容積——最后總結(jié)一下，肌肉的拉力由長(zhǎng)度，直徑，以及網(wǎng)套材質(zhì)（包括纖維結(jié)構(gòu)，數(shù)量和交織角度）共同決定的！

在這里我用同種材質(zhì)制作了兩種尺寸的“肌肉”以演示原理——它們都工作在相同的大氣壓強(qiáng)下（60psi）但擁有不同的直徑和長(zhǎng)度。區(qū)別也顯而易見：負(fù)載稍微加重一點(diǎn)，小肌肉就開始掙扎不堪，大肌肉表示仍然很淡定……真相見一樓。

1 、工具和材料

基本都可以在Amazon上買到，3/8“的編織尼龍網(wǎng)在賣電子元件的地方有。Amazon上有售多種尺寸的編織網(wǎng)，不過(guò)它也許不會(huì)說(shuō)明確切的材料。

需要個(gè)空氣源：

○ 一個(gè)小型空氣管壓力調(diào)節(jié)器——這貨名字太高級(jí)，其實(shí)自行車打氣泵也可以（不過(guò)還是得把它折騰成一個(gè)適配器，使它用1 / 4”聚軟管工作）。

○ 空氣罐

○ 壓力調(diào)節(jié)器（需要一個(gè)1/8“的NPT內(nèi)螺紋接頭和1/4”的NPT外螺紋接頭）

○ 1 / 4“高壓聚合管

● 各種刀（螺絲刀，剪刀，鉗子，線切割）

● 打火機(jī)

給小塊肌肉的：

○ 1 / 4”硅或乳膠管

○ 3 / 8“編織尼龍網(wǎng)套

○ 1 / 8”小管倒鉤（黃銅或尼龍）

○ 小螺栓（10-24號(hào)， 3 / 8“螺紋長(zhǎng)度效果很好）

○ 保險(xiǎn)絲

給大塊肌肉的：

○ 3 / 8”硅或乳膠管

○ 1 / 2“編織尼龍網(wǎng)套

○ 1 / 8”大小的鉆頭，

○ 21/64“鉆頭

○ 1 / 8”× 27NPT的管頭

○ 1 / 8“倒鉤水管× 1 / 8”管螺紋適配器

○ 小管夾，

○ 3 / 4“鋁或塑料棒來(lái)構(gòu)建肌肉的末端

安全注意事項(xiàng)??！測(cè)試您的空氣肌肉時(shí)請(qǐng)務(wù)必戴上安全眼鏡！高壓膠管彈出一個(gè)零件可能導(dǎo)致灰常嚴(yán)重的受傷。

2 、構(gòu)造小肌肉！

● 首先把1 / 4”的硅膠管削短點(diǎn)。

● 把小螺栓插入管子的一段，另一端接上軟管倒鉤。

● 現(xiàn)在把3 / 8“編織套管削得比硅膠管長(zhǎng)兩英寸的樣子。

● 用打火機(jī)融化的編織套管的端頭，這樣它不會(huì)磨損分開。

● 把編織套管套在硅膠管上并用保險(xiǎn)絲把末端擰緊。

● 來(lái)看看另一端。

● 像這樣扎兩個(gè)鋼絲環(huán)纏在編織套管的兩端。

● 現(xiàn)在在一端連接您的1 / 4”高壓聚合管和給肌肉泵入少量空氣，以確保它不漏氣。

● 來(lái)測(cè)試你的空氣肌肉吧！在下端掛一個(gè)小物體，然后懸掛肌肉，讓它自己伸展到全長(zhǎng)。

● 開始添加空氣（到約60psi），看肌肉收縮情況。

3 、做大塊肌肉！

● 我用 3/ 4“的鋁或塑料棒來(lái)做肌肉末端。

● 一端是實(shí)心的，另一端鉆一個(gè)1 / 8”的洞來(lái)“進(jìn)氣”

● 它的中間是一個(gè)1/ 8“的管螺紋接頭倒鉤水管，怎么把倒鉤水管弄進(jìn)去的呢？在中間垂直的1 / 8”空氣孔的位置鉆21/64“的洞。然后用1 / 8”螺紋鉆在21/64“洞上擰出螺紋，這樣倒鉤水管就可以接上去了。

● 現(xiàn)在剪個(gè)8”長(zhǎng)的3 / 8“橡膠管，一端套進(jìn)剛才加工的零件（鉆了1/8”孔的一端）。

● 剪長(zhǎng)約10“的1 / 2”編織管（記得用打火機(jī)把一段融化封口），然后把它套在橡膠管上。橡膠管的另一端套進(jìn)另一個(gè)加工了的零件。最后，用軟管夾子把兩端夾緊。

● 大塊肌肉和縮小版的差不多，只需添加空氣，然后看著它收縮情況。

● 你會(huì)立即意識(shí)到這是大塊肌肉要強(qiáng)壯得多！

4 、測(cè)試和吐槽

● 現(xiàn)在，你已經(jīng)做了一些空氣肌肉了。 通過(guò)增加懸掛物的重量使肌肉達(dá)到最大延伸?，F(xiàn)在慢慢注入空氣，直到60psi。

● 你首先注意到的是，每注入一點(diǎn)空氣肌肉就收縮一點(diǎn)，而且收縮得越來(lái)越不給力，直到完全收縮。接下來(lái)，您會(huì)發(fā)現(xiàn)，隨著肌肉收縮能力下降所能承受的負(fù)載增加，直到達(dá)到極限。這個(gè)過(guò)程非常類似于人類肌肉。

● 值得注意的是肌肉的大小對(duì)肌肉的表現(xiàn)會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。舉個(gè)栗子：在22磅（@ 60psi下），較小的肌肉雖然仍然可以承重，但它遠(yuǎn)不如較大的肌肉收縮得充分。其實(shí)空氣肌肉的運(yùn)動(dòng)是相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，特別是考慮到他們的收縮中的變量。如果要進(jìn)一步閱讀，我建議看看 這個(gè) ：

● 空氣肌肉可以應(yīng)用于機(jī)器人技術(shù)（尤其是仿生機(jī)器人），矯形器/康復(fù)和假肢。

●需要記住的是，空氣肌肉必須在有張力的情況下工作。例如：機(jī)器手臂經(jīng)常是兩塊肌肉連一起動(dòng)作以相互平衡。一個(gè)擔(dān)任二頭肌和一個(gè)擔(dān)任三頭肌。

●總體而言，空氣中可以建造各種長(zhǎng)度和直徑的肌肉以滿足各種強(qiáng)度的應(yīng)用，它有個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)就是重量輕。這幾個(gè)參數(shù)很重要：

1）肌肉的長(zhǎng)度

2）肌肉的直徑

3）管材。天然乳膠氣囊往往有比硅使用壽命更長(zhǎng)，但是有些有機(jī)硅具有更強(qiáng)大的擴(kuò)展速率（高達(dá)1000%），可承受比乳膠型更大的壓力（這在很大程度上將取決于確切的管規(guī)）。

4）編織網(wǎng)材料。一些公司已經(jīng)在氣囊和網(wǎng)格之間使用氨綸套，以減少磨損。更嚴(yán)格的編織網(wǎng)，甚至可以改善氣囊壓力，減少對(duì)氣囊的壓力。

5）預(yù)先將氣囊拉伸幾次

6）圓角的邊可以減少對(duì)氣囊的壓力集中。