Exoschelet animal. Scheletul insectelor este în exterior, nu în interiorul corpului lor. Ce este scheletul extern
Când se aude cuvântul „schelet”, de obicei ne imaginăm imediat un craniu și coloana vertebrală goale, conectate prin multe oase diferite. Este într-adevăr, dar nu în toate organismele de pe planeta noastră. Multe animale au un schelet extern. Cum arată și ce funcții îndeplinește, veți afla mai departe.
Ce este scheletul extern?
Mușchii, ligamentele și scheletul formează împreună sistemul musculo-scheletic al corpului. Datorită lor, totul se întâmplă, chiar și cele mai mici mișcări din punct de vedere al efortului. Scheletul din acest sistem joacă un rol pasiv. Acesta este un cadru care servește ca suport pentru mușchi și protecție pentru organele interne.
S-a întâmplat:
- interior;
- extern;
- hidrostatic.
Cel mai puțin comun schelet hidrostatic. Este lipsit de părți solide și este caracteristic doar meduzelor cu corp moale, viermilor și anemonelor de mare. Fiecare are un endoschelet intern, format din oase și cartilaj, complet acoperite cu țesuturi corporale.
Scheletul extern este caracteristic în principal nevertebratelor, dar poate fi prezent și la vertebrate. Nu se ascunde în interiorul corpului, ci îl acoperă complet sau parțial de sus. Exoscheletul este format din diverși compuși organici și anorganici, cum ar fi chitina, cheratina, calcarul etc.
Nu toate organismele au un singur tip de „schelet”. Unele specii au atât schelete interne cât și externe. Astfel de animale includ țestoase și armadillos.
polipi
Polipii sunt una dintre cele mai „leneșe” creaturi de pe planetă. Au ales practic să nu se miște singuri, ci să trăiască, agățați de fundul mării, ca plantele. Numai anemonele de mare nu au un schelet dur. In rest, este reprezentata de proteine (gorgoane, corali negri) sau var (madrepores).
Scheletul exterior calcaros este denumit în mod obișnuit coral. În găurile sale mici se află polipii înșiși, legați între ei printr-o membrană de țesuturi vii. Animalele formează numeroase colonii întregi. Împreună, exoscheletele lor formează o „pădure subacvatică” sau recife care găzduiesc insule întregi.
Partea principală a recifelor este situată în apele Asiei de Sud-Est. Cea mai mare colonie din lume este Marea Barieră de Corali din Australia. Se întinde pe 2500 de kilometri și deține peste 900 de insule.
crustacee
Moluștele au unul dintre cele mai frumoase și variate schelete externe. Știința cunoaște aproximativ două sute de mii de specii ale acestor animale, fiecare dintre ele având propria sa structură. Exoscheletul majorității moluștelor este reprezentat de o coajă. Poate include aragonit sau conchiolin cu impurități de calcit, vaterit, carbonat de calciu și carbonat de calciu.
Unele animale au o coajă în spirală, ale cărei bucle se răsucesc în cerc (melci) sau sub formă de con (epitoniu scară). La capătul larg există o gaură - gura. Poate fi îngust și lat, oval, rotund sau sub forma unei fante lungi.
În cipre sau noduri, fiecare buclă nouă se suprapune pe cea anterioară, motiv pentru care spirala se distinge puțin și se pare că nu există deloc. Dar bivalvele chiar nu o au. Învelișul lor este format din două părți simetrice convexe care se deschid și se închid ca o cutie.
Scheletele moluștelor nu sunt în general netede. Sunt acoperite cu solzi microscopici, brazde și umflături. La unele specii, țepii, chilele, crestele și plăcile de la variații de carbonat de calciu pleacă din cochilii.
artropode
Filul Arthropoda include crustacee, insecte, arahnide și centipede. Corpul lor are o formă clară și este împărțit în segmente. În acest sens, scheletul extern al artropodelor este foarte diferit de tegumentele coralilor și moluștelor.
Fiecare segment al corpului lor este învăluit de cuticule puternice (sclerite) formate din chitină și alte impurități, care sunt interconectate prin membrane elastice și flexibile, oferind mobilitate animalului.
La insecte, cuticula dură, dar elastică reprezintă stratul exterior al scheletului. Sub acesta se află un strat de hipoderm și membrane bazale. Constă din complexe grăsimi-proteine care nu permit uscarea corpului animalelor.
La crustacee, cuticula este mai rezistentă și impregnată cu var, care devine din ce în ce mai mult în timp. La unele specii, scheletul poate fi transparent și moale.
Cuticula conține pigmenți care conferă animalelor o varietate de culori. De sus, este de obicei acoperit cu solzi, excrescențe și fire de păr (hetoide). La unii reprezentanți, tegumentul este echipat cu glande care secretă otravă sau substanțe mirositoare.
Vertebrate
Husele exterioare durabile se găsesc și printre animalele mai dezvoltate. Cel exterior este reprezentat de o coajă. Este o protecție fiabilă pentru animal, deoarece este capabil să reziste la greutatea de două sute de ori greutatea proprietarului său.
Învelișul constă dintr-un strat superior gros de cheratină sub formă de scuturi bine fixate și un strat interior de os. Din interior, coloana vertebrală și coastele sunt atașate de ele, repetând forma arcuită a cochiliei. Partea scheletului care acoperă spatele se numește carapace, iar scutul ventral se numește plastron. Toate scuturile de pe ele cresc independent de celelalte și dobândesc inele anuale atunci când animalul cade într-un somn de iarnă.
Cojile pot avea culori și modele diferite, dar practic culoarea lor este deghizată ca un mediu extern. Țestoasele stea au scute negre și bulboase cu „stele” galbene în centru. La kynyx-ul african, este mai restrâns și are o culoare galben-maro solidă.
Scheletul de acest tip este o trăsătură caracteristică a artropodelor. Exoscheletul (cuticulă) este secretat de epidermă; nu conține celule și constă în principal din chitină. Acesta este un capac exterior dur al corpului, care este construit din plăci articulate sau formațiuni tubulare. Traheea, secțiunile anterioare (stomodeum) și posterioară (proctodeum) ale tractului digestiv sunt, de asemenea, căptușite cu chitină. Chitina este un material puternic, ușor, dar poate deveni tare atunci când proteinele „tăbăcite” sunt încorporate în el sau când sunt calcificate (în special la crustaceele acvatice). În zonele scheletului care trebuie să rămână mobile, de exemplu, la joncțiunea plăcilor, chitina rămâne neschimbată. Acest design de plăci sau tuburi conectate prin folii flexibile oferă atât protecție, cât și mobilitate.
Artropodele sunt singurul grup de nevertebrate care au membre articulate, care constau din pârghii conectate printr-un fel de balamale. Aceste pârghii sunt conduse de mușchii flexori și extensori atașați de proiecțiile interne ale exoscheletului (Fig. 17.1). Deoarece chitina este permeabilă la apă, artropodele terestre, cum ar fi insectele, pot fi în pericol de uscare. Totuși, acest lucru nu se întâmplă din cauza epicuticulei - un strat ceros care este secretat de celulele glandulare ale epidermei și adus la suprafață prin canale (Fig. 4.33). Astfel, exoscheletul nu servește doar ca suport și protecție pentru organele interne, ci și protejează organismul de deshidratare.
Pentru animale atât de mici precum majoritatea artropodelor, exoscheletul elementelor tubulare goale servește ca un suport foarte convenabil și ca structură locomotorie; tubul poate, fără a se îndoi, să reziste la sarcini mult mai mari decât un cilindru dens de aceeași masă. Cu toate acestea, odată cu creșterea dimensiunii și greutății animalului, o astfel de organizare devine mai puțin convenabilă - pentru a menține o rezistență suficientă, grosimea și masa exoscheletului ar trebui să crească atât de mult încât s-ar dovedi în cele din urmă a fi prea mult. grele și voluminoase.
Creșterea are loc la naparlirea- la insecte în stadiile juvenile (larve sau nimfe), iar la crustacee și în stare adultă. La un moment dat, vechiul exoschelet este vărsat (năpârlit) și este expus unul nou - moale și extensibil. Animalul crește înainte ca noua cuticulă să se întărească, datorită capacității sale de a se întinde și de a crește în dimensiune, care este adesea însoțită de o schimbare a formei. În cele din urmă noul exoschelet devine rigid, dar până atunci animalul este vulnerabil la prădători. În această perioadă, scheletul nu este capabil să susțină greutatea corpului și orice fel de mișcare este practic imposibilă. Pentru animalele acvatice, această problemă nu este atât de gravă, deoarece apa le ajută să-și susțină greutatea corporală, totuși, în timpul sezonului de naparlire, atât animalele acvatice, cât și cele terestre, de regulă, se ascund în adăposturi pentru a reduce pericolul de a fi prinse de un prădător. Napârlirea este un proces care necesită o cheltuială semnificativă de energie (în primul rând pentru construcția unui nou exoschelet) și este asociată cu pierderea de material atunci când vechea cuticulă este aruncată.
Exoscheletele cresc puterea unei persoane, cresc productivitatea și returnează abilitățile pierdute. Ei ajută persoanele cu dizabilități, facilitează munca în industrie și îmbunătățesc armata.
Ce este un exoschelet
Tradus literal din greacă, exoscheletul este scheletul extern. Un design automat care restabilește funcțiile corporale pierdute sau îmbunătățesc.
Este format dintr-un cadru solid și unități care sunt responsabile pentru mișcare. Astfel de sisteme dublează activitatea sistemului musculo-scheletic, calculează eforturile și siguranța mișcărilor.
Exoscheletele sunt făcute pasive și active. Primele nu măresc forța și nu preiau sarcina fizică, ci o distribuie pe tot corpul. Modelele active au propriul accent pe teren. Ei își asumă o parte din povară. Deci utilizatorul ridică mai multe greutăți - se obține efectul de creștere a rezistenței.
Primele exoschelete
Ideea unui costum care îmbunătățește abilitățile își are originea în science fiction. Principiile pe această temă au fost formulate de inginerul mecanic ruso-american Nikolai Yagn. Adevărat, lucrurile nu au trecut dincolo de teorie. Singura idee întruchipată este un dispozitiv automat care furnizează apă cazanelor de abur - „Prietenul pompierilor”.
Primul exoschelet a fost realizat în Pentagon. El se numea Hardiman. Era o mașină cu un manipulator mare, în care trebuia să introduci mâna pentru a controla. Capacitatea sa de transport era de 110 kg, dar Hardiman nu a adus niciun beneficiu serios. Era prea mare și greu (680 kg).
Din anii 1980 au apărut proiecte promițătoare. În anii 1990, producția a început în diferite țări. Costumele erau încă stângace, dar erau tot mai aproape de a fi folosite în viața reală.
Acum majoritatea exoscheletelor sunt făcute pentru medicină, armată sau industrie.
Exoschelete pentru persoanele cu dizabilități
Exo GT
Exoschelet pentru reabilitare după accident vascular cerebral și leziune a măduvei spinării. Ekso GT este o pereche de picioare robotizate cu cârje de mers. Firmware-ul colectează statistici despre câtă energie este cheltuită pentru fiecare mișcare a robotului și ce acțiuni le realizează persoana.
Limb de asistență hibrid (HAL)
Disponibil pentru picioare (HAL 3) sau brațe-picioare-tors (HAL 5). Ajută la ridicarea unei sarcini de 5 ori mai mult decât poate o persoană. Necesar pentru reabilitarea paralizaților. Actuatoarele acestui exocostum sunt alimentate de impulsuri musculare. Pe lângă persoanele cu probleme de sănătate, HAL este utilă bătrânilor, constructorilor, lucrătorilor de urgență.
REX
Schelet pentru persoanele cu disfuncție a picioarelor. Vă ajută să mergeți, să vă ridicați, să vă așezați, să urcați scările, să vă deplasați înapoi și chiar să mergeți pe lună. Utilizatorul îl controlează de pe panoul de control și joystick.
REX poate elimina complicațiile asociate cu starea într-un scaun cu rotile pentru o perioadă lungă de timp.
Phoenix
Exocostum pentru mers liber cu paralizie a picioarelor. Foarte diferit de modelele voluminoase din ultimul deceniu ca mărime și greutate (12 kg). Acest lucru este posibil datorită utilizării a doar două unități pe șolduri. Genunchii sunt susținuți în poziția dorită prin sisteme de tensionare.
eLegs
Exoschelet pentru persoanele cu paralizie sau disfuncție a picioarelor. Greutate - 20 kg. Potrivit pentru o persoană cu o înălțime de 157-193 cm.Viteza de mișcare este de aproximativ 3 km/h.
Costumul anticipează acțiunile folosind senzori de înclinare, cum ar fi ajutarea la coborârea dintr-un scaun cu rotile atunci când utilizatorul se aplecă înainte și se sprijină în cârje.
ReWalk
Exocostum bionic pentru pacienții paraplegici. Ajută să stai în picioare, să mergi, să urci pe scări. Gestionarea se realizează prin intermediul telecomenzii din mână.
Exoscheletele militare
Ministerele apărării și institutele militare de cercetare din diferite țări au încercat încă din secolul trecut să dezvolte un sistem ușor, simplu și durabil pentru soldați.
În Pentagon, acest lucru este realizat de Agenția de Dezvoltare Avansată DARPA, în Rusia, de institute și birouri de inginerie comandate de Ministerul Apărării. Proiecte similare sunt în derulare în China, Japonia, Israel și țările europene.
XOS 2
Unul dintre cele mai cunoscute exoschelete pentru armată. Sarcina sa este de a crește abilitățile fizice ale unui soldat. Armura nu este inclusă în echipament.
Costumul ajută la logistică și la atacuri. Adaugă suficientă putere pentru a transporta sarcini grele, pentru a distruge grinzile de lemn și pereții de cărămidă.
Talos
Acesta este un costum complex. Are funcțiile unei armuri și a unui sistem care mărește rezistența. Ajută la lupta cu echipamente de până la 45 kg. Costumul monitorizează semnele vitale și chiar oprește sângerarea.
Compoziția și caracteristicile specifice ale echipamentului nu sunt de obicei publicate - Talos este prezentat la expoziții tematice cu o prezentare generală.
exohiker
Acest schelet nu este poziționat ca un schelet de armată, dar este interesant pentru militari. Sarcina sa este de a facilita transportul rucsacilor grei în timpul unei drumeții. ExoHiker cântărește 14 kg, dar ridică o sarcină de 70 kg. La o singură încărcare fără a conecta o baterie solară, parcurge 65 km cu o viteză de aproximativ 4 km/h.
Exoschelete industriale
H-Lex
Masina de ridicare de greutati de la Hyundai. Este potrivit pentru persoanele cu mobilitate redusă, dar incomod din cauza dimensiunilor sale mari. Prin urmare, accentul principal este pus pe munca în industrie. Unde trebuie să ridici până la 60 kg.
Scaun fără scaun
Acest exoscaun este pentru cei care lucrează pe picioare. Ameliorează tensiunea în mușchi atunci când trebuie să stai într-o semi-gheuchială pentru o perioadă lungă de timp, ghemuit sau în picioare. Convenabil pentru lucrul in atelier, pe linia de ambalare, bucatarie, coafor. Aparatul este flexibil și mobil.
Exosuit
Proiectat pentru scafandri pentru a rezista la presiunea apei și la temperaturi scăzute de până la 300 de metri. De fapt, acesta este un costum de scafandru ranforsat cu o greutate de 240 kg cu patru motoare.
MS-02 PowerLoader
Costum robotic pentru multe sarcini. Dezvoltatorii sugerează utilizarea acestuia în operațiuni de salvare, unde trebuie să ridicați obiecte cu o greutate de până la 100 kg.
Există mai multe manipulatoare în sistem, iar senzorii sunt amplasați în tălpile „picioarelor”. Ei analizează încărcarea unei persoane în șase vectori și calculează cât de mult efort trebuie aplicat mașinii pentru a ajuta.
MAX Suit X
Exoschelet pentru încărcătoare. Designul dublează sistemul musculo-scheletic, eliminând o parte din sarcină din acesta. Se atârnă constant de o persoană în stare dezactivată, dar recunoaște automat momentul începerii lucrului și se pornește.
Costum de asistență AWN-03
Exoschelet de putere de la Panasonic pentru lucrătorii din depozit. Este atașat de umeri, șolduri și partea inferioară a spatelui. Sarcina principală este de a elimina încărcătura de pe coloana vertebrală și mușchii spatelui în timpul transferului de greutăți.
Exoscheletele rusești
ExoAthlete
Dezvoltare rusă pentru reabilitarea pacienților cu probleme ale picioarelor și ale măduvei spinării. Unul dintre piloții și ambasadorii ExoAtlet este campionul paralimpic de curling în scaunul rulant Vitaly Danilov.
Exocostum industrial de la dezvoltatori din Perm. Conform calculelor, crește productivitatea muncii în construcția de mașini, construcții și lucrări de salvare de 2-5 ori.
ExoBelt
Exoschelet pasiv de la compania ExoAtlant. Proiectul este încă în curs de dezvoltare. Este de așteptat ca acesta să îndepărteze până la 40% din sarcină din spate în timpul transferului de greutăți.
Primul partener al companiei va fi Sberbank. Exoscheletul va fi testat de angajații care poartă saci cu aur și alte obiecte de valoare.
Exoscheletele viitorului
Industria este în creștere: dispozitivele scad în dimensiune, funcțiile devin mai largi. Modelele apar nu numai pentru medicină, industrie sau armată:
ARAIG
Controler exoschelet pentru jucători. Nu este conceput pentru a transporta sarcini sau pentru a îmbunătăți abilitățile. Acest costum cufundă utilizatorul în realitatea jocului: schimbă temperatura, imită impactul proiectilelor, contactul cu solul și obstacolele.
Un costum conceput de Agenția Spațială Nord Atlantică pentru astronauți. Este necesar să se lucreze cu greutăți mari în gravitate zero.
Aparatul are patru unități pe genunchi și șolduri și șase articulații. Dezvoltatorii plănuiesc să adauge mai multe. Costumul este potrivit pentru lucrul pe ISS și menținerea tonusului muscular în gravitate zero - trimite date despre astronauți medicilor de pe Pământ.
De unde să cumpărați un exoschelet și cât costă
Prețul materialelor face exoscheletele scumpe. De exemplu, rusă ExoAthlete costă mai mult de 1 milion de ruble. Costumele făcute în străinătate sunt mult mai scumpe. De exemplu, REX P - 9,5 milioane de ruble.
Apar treptat producători cu prețuri mai mici. Deci, Cyberdyne lansează HAL pentru brațe, picioare și întreg trunchiul, care poate fi cumpărat de la 4.200 USD.
Este mai bine să aflați prețul dispozitivelor pe site-urile web ale producătorilor, dar aceste resurse sunt potrivite și pentru informații generale:
- TIU
Designul oamenilor exoschelet au spionat insecte. Și așa cum arată practica, exoscheletul crește uneori abilitățile fizice ale unei persoane. În mod similar, scheletul extern funcționează la insecte. Dar cum sunt mușchii atașați unui astfel de schelet și ce protejează organele?
În ciuda prezenței efective a unui schelet, insectele aparțin clasei de nevertebrate. Scheletul uman, ca multe mamifere, este situat în interiorul corpului și include coloana vertebrală, coaste și membre. Mușchii sunt atașați de oasele scheletice, care îl pun în mișcare. Insectele sunt „întoarse pe dos în afară”.
Cum au ucis țânțarii 52.000.000.000 de oameni?
