ЭЛАСТИЧНЫЙ ЭКЗОКОСТЮМ ДЛЯ СИЛОВЫХ ТРЕНИРОВОК С ИСКУССТВЕННЫМИ МЫШЦАМИ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к устройствам для физической тренировки мышц человека и может быть использовано в реабилитационной медицине, силовых видах спорта (атлетических), космонавтике (при длительном нахождении в невесомости) и позволяет обеспечить тренировку мышц-антагонистов без использования внешних силовых нагрузок (отягощений, тренажеров, и т.д.).
Из существующего уровня техники известна искусственная мышца, содержащая камеры с эластичными стенками, заполненные с возможностью формирования давления на стенки веществом с ферромагнитными свойствами и имеющие электропроводные обмотки. Камеры с эластичными стенками выполнены торообразной формы, заключены в полую эластичную оболочку, имеющую форму удлиненного эллипсоида, и расположены вдоль нее (RU 2372056, 10.11.2009).
Известно устройство для тренировки мышц, выполненное из деталей одежды в виде костюма, отличающееся тем, что детали одежды выполнены из двух слоев, верхний слой которого выполнен из нерастяжимого материала, а нижний слой из эластичного трикотажа, причем нижний слой в местах соединения с верхним слоем содержит дополнительные ряды из нерастяжимого трикотажа и имеет линейные размеры на 3-22% меньше линейных размеров верхнего слоя (RU 2225736, 20.03.2004).
Известно устройство для тренировки мышц, выполненное в виде деталей одежды из эластичного трикотажа интерлочным переплетением, четные петельные столбики которого образованы из нерастяжимой нити, а нечетные образованы петлями, каждая из которых содержит нерастяжимую и эластомерную нити. Четные петельные столбики дополнительно содержат наброски из эластомерной нити, причем петельные столбики ориентированы в продольном направлении относительно работы мышц, а детали одежды имеют размеры на 8-42% меньше размеров частей тела (RU 2202390, 20.04.2003).
Известно устройство для тренировки мышц, выполненное из трикотажного полотна, содержащего детали, которые обеспечивают нагрузки на костно-мышечный аппарат человека, трикотажное полотно имеет плюшевую поверхность, образованную из грунтовой и платировочной нитей, причем грунтовая нить состоит из нерастяжимой и эластомерной нитей, а платировочная нить - из нерастяжимой синтетической нити (RU 2335318, 10.10.2008).
В качестве прототипа заявленной полезной модели можно принять устройство для тренировки мышц, выполненное в виде деталей одежды из эластичного трикотажа интерлочным переплетением и содержащее дополнительные детали в области ног, расположенные в его внутренней части, выполненные из эластичного трикотажа переплетением ластик 1+1, содержащего уточные эластомерные нити, при натяжении 10-24 H (RU 2288767, 10.12.2006).
Существенными недостатками всех известных сегодня устройств данного типа является то, что нагрузка в них обеспечивается или при помощи грузов, или при помощи внешних приводов. Устройства такого типа включают: электрические двигатели, электрические, пневматические гидравлические приводы, релейные устройства, электростатические двигатели (внешние двигатели). Такие устройства очень громоздки, включают наборы внешних подвижных частей, грузов, приводов. Многие из известных устройств очень сложны и не предполагают широкого применения. Устройства, которые обладают большей эффективностью, технически сложны, требуют использования под управлением оператора, постоянного технического обслуживания и практически не могут применяться в условиях лечебных и спортивных учреждений, домашних условиях и условиях невесомости и ограниченного пространства.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании эластичного экзокостюма для силовых тренировок, который исключал бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в обеспечении управляемой тренировки мышц человека без использования внешних силовых нагрузок (отягощений, тренажеров, и т.п); повышении безопасности за счет отсутствия внешних подвижных частей (исполнительных механизмов); повышении эксплуатационных характеристик за счет отсутствия ограничений на естественные движения пользователя, многофункциональности и малого веса; обеспечении бесшумности.
Указанный технический результат в устройстве для силовых тренировок мышц, представляющее собой костюм, достигается тем, что костюм имеет анатомический крой и состоит из наружного защитного слоя, выполненного из эластичного синтетического материала, среднего слоя из искусственных мышц, выполненных в виде анатомической копии главных (основных) групп мышц человека и из электроактивных полимеров, и внутреннего слоя, непосредственно прилегающего к коже человека и выполненного из эластичного синтетического материала, и содержит пояс, на котором закреплен блок электронного управления.
Эластичный синтетический материал, из которого выполнен наружный защитный слой, представляет собой производные продуктов нейлона, например, лайкру.
Эластичный синтетический материал внутреннего слоя представляет собой производные продуктов полиуретана, например, эластан. Пояс выполнен из прочного эластичного материала.
Блок электронного управления содержит микропроцессор, источник питания, поворотный ЖК-дисплей, кнопки управления.
Костюм представляет собой экзокостюм и состоит из верхней и нижней частей, выполненных с застежками-молниями, регулируемыми манжетами, представляющими собой ремешки-липучки на запястьях и на ногах.
Искусственные мышцы посредством гибких токопроводящих полос, соединенных с поясом, прикреплены к узлам в местах изгибов, выполняющих функцию мышечных связок и выполненных из прочных эластичных полимеров.
Узлы представляют собой пояса усиления из гибкого нерастяжимого материала на основе полимеров (лавсана).
Наружный защитный слой, средний слой и внутренний слой закреплены относительно друг друга в поясах усиления.
Источник питания выполнен малогабаритным с возможностью многократной перезарядки и имеет параметры напряжения до 9-12 вольт, безопасные для человека.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид спереди костюма; на фиг. 2 - вид сзади костюма; на фиг. 3 - часть выполнения среднего слоя костюма, а именно верхней части (нижняя часть костюма выполнена по аналогии с верхней); на фиг. 4 - выполнения среднего слоя в части рукава костюма; на фиг. 5 - общая принципиальная схема устройства для силовых тренировок мышц.
Устройство для силовых тренировок мышц представляет собой костюм (экзокостюм), состоящий из верхней 1 и нижней 3 частей и пояса 2 из прочного эластичного материала. Верхняя 1 и нижняя 3 части выполнены с застежками-молниями для удобства при надевании и регулируемыми манжетами для обеспечения фиксации и плотного прилегания в процессе работы, например, в виде ремешков-липучек, которые фиксируют костюм на запястьях и на ногах человека.
Костюм имеет анатомический крой и состоит из наружного защитного слоя и внутреннего слоя, между которыми расположен средний слой. Крепление слоев относительно друг друга выполнено в узлах 5 (поясах/зонах усиления на коленях и других изгибах из гибкого нерастяжимого материала на основе полимеров (лавсана)).
Наружный защитный слой выполнен из эластичного синтетического материала - производных продуктов нейлона, например, лайкры. Наружный защитный слой выполняет защитную функцию искусственных мышц от внешних воздействий.
Среднего слоя представляет собой искусственные мышцы 4, выполненные в виде анатомической копии главных групп мышц человека и из электроактивных полимеров. Искусственные мышцы 4 (каждая группа искусственных мышц) прикреплены к узлам 5 в местах изгибов, выполняющих функцию мышечных связок и выполненных из прочных эластичных полимеров. Искусственные мышцы 4 прикреплены к узлам 5 посредством гибких токопроводящих полос 6 (токопроводящих эластичных проводников), соединенных с поясом 2.
Главные группы мышц человека, в виде которых выполнен средний слой (искусственные мышцы 4): трапециевидные мышцы; мышцы живота; приводящие мышцы; мышцы спины; мышцы плеч; разгибатели рук; разгибатели запястий; мышцы ягодиц; сгибатели рук; сгибатели запястий; мышцы-фиксаторы лопаток; седалищно-большеберцовые мышцы; мышцы поясницы; икроножные мышцы; мышцы груди; четырехглавые мышцы.
Внутренний слой непосредственно прилегает к коже человека и выполнен из эластичного синтетического материала - производных продуктов полиуретана, например, эластана. Внутренний слой выполняет защитную роль искусственных мышц от внутренних повреждений при надевании и снятии костюма, а также в гигиенических целях.
На поясе 2 закреплен блок электронного управления (не показано), содержащий микропроцессор, источник питания, поворотный ЖК-дисплей, кнопки управления. Источник питания выполнен малогабаритным с возможностью многократной перезарядки и имеет параметры напряжения до 9-12 вольт, безопасные для человека.
Работа заявленной полезной модели:
Принцип работы искусственных мышц предлагаемого устройства основан на электромеханических свойствах электроактивных полимеров преобразовывать энергию электрического поля в механическую работу, то есть на свойстве изменять свою форму при приложении к ним электрического напряжения или при пропускании через них электрического тока.
Работа заявленного устройства заключается в следующем: - человек/пользователь надевает костюм, выбирает группу мышц для тренировки, при этом, на ЖК-дисплее отображается выбранная группа мышц, задает степень нагрузки и время тренировки. Микропроцессор посредством гибких токопроводящих полос подает электрический ток на искусственные мышцы, являющиеся антагонистами группы мышц выбранных человек/пользователем. Большинство мышц человека работают в паре, как антагонисты: когда одна сокращается, другая расслабляется. Например, двуглавая мышца плеча, сокращаясь и укорачиваясь, сгибает руку, при этом трехглавая расслабляется, и наоборот, когда сокращается трехглавая, двуглавая расслаблена, рука распрямляется. В основном мышцы человека функционируют попарно: когда одна сокращается, другая расслабляется. Таким образом, движения тела зависят от согласованного сокращения и расслабления мышечных пар. В результате, усилия, прилагаемые человеком/пользователем на преодоление линейного сжатия искусственных мышц, на которые процессором подается напряжение, происходит тренировка мышц человека/пользователя без использования внешних отягощений и тренажеров. Например, для тренировки мышц-сгибателей, в модели работают разгибатели, и наоборот.