Max fuerza física humanoide

Se deben tener en cuenta muchos factores para aumentar la fuerza efectiva de una forma humana de una manera realista . Uno siempre puede escalar solo algunos de estos factores y decir: "¡Vaya, mire qué fuerte sería esto !", Pero cuando se pone en práctica en una situación del mundo real, algo fallaría o limitaría el máximo calculado ingenuamente. esfuerzo. Este es un problema de ingeniería, no simplemente de física y ciencia de los materiales, y siempre habrá que hacer concesiones.

1. Resistencia de los materiales: Los materiales más fuertes pueden soportar más fuerza antes de dañarse. Cualquier desajuste entre el actuador y la fuerza del esqueleto aumenta la probabilidad de falla mecánica.

2. Densidad de los materiales: Cuanto más livianos sean los materiales, menos fuerza se requerirá para mover los objetos hechos con ellos.

3. La fuerza máxima que pueden aplicar los actuadores por unidad de masa: cuanta más fuerza se pueda aplicar por unidad de masa, menos se necesitará para simplemente mover las extremidades del individuo y más se podrá aplicar al entorno.

4. La fricción interna de los actuadores y juntas. Cuanto más alto, menos eficiente y más lento será el humanoide.

5. La velocidad máxima de los actuadores. Se puede lograr una velocidad adicional encadenando actuadores en serie, pero aumentar la fuerza requiere que se coloquen en paralelo.

6. La relación de palanca de las articulaciones del humanoide: mayor fuerza significa menor velocidad.

7. El tiempo máximo permitido para que una articulación haga la transición entre completamente flexionada y completamente extendida: el humanoide podría ser inmensamente fuerte, pero incapaz de superar a un caracol.

8. La eficiencia energética de los actuadores. Los actuadores menos eficientes requieren más entrada de energía y generan más calor residual, lo que limita la duración máxima del esfuerzo máximo, así como también limita la cantidad máxima de actuadores para la capacidad de enfriamiento disponible y la tolerancia térmica. Dado que ningún mecanismo es 100% eficiente, por derecho, si sus músculos fueran tan eficientes como los nuestros, Superman debería brillar visiblemente por el calor residual cuando aplica su súper fuerza, aunque tal vez ahí es donde está el calor para el calor de sus ojos. los rayos provienen de...

9. La tolerancia térmica del humanoide: eleva la temperatura de un humano más de unos pocos grados, y la eficiencia y eficacia de todo tipo de cosas se reduce significativamente. Lo mismo se aplica a la mayoría de los sistemas físicos fuera del vacío.

10. La capacidad de enfriamiento del humanoide: los humanos tienen una de las mejores capacidades de enfriamiento de cualquier especie en la tierra, lo que permite que un individuo lo suficientemente en forma literalmente agote a los miembros de la mayoría de las otras especies de animales terrestres únicamente sobre la base de que un humano puede mantener una temperatura corporal óptima mientras correr a un ritmo que hace que aumente la temperatura corporal de casi todas las demás especies animales. Continúe así el tiempo suficiente y la temperatura corporal en aumento de la presa eventualmente causará un colapso físico. Además, con una capacidad interna de redistribución del calor insuficiente, las diferencias de temperatura locales podrían aumentar hasta el punto en que se producirían daños localizados.

11. La energía disponible del humanoide y su tasa máxima de entrega a los actuadores: no tiene sentido tener actuadores que consuman grandes cantidades de energía si no se les puede suministrar suficiente energía, o si se puede suministrar suficiente energía , pero no por una cantidad suficiente de tiempo.

12. Si los actuadores del humanoide requieren una entrada de energía solo cuando cambian de posición o si se requiere energía para mantener una fuerza determinada, es decir, un gato de tornillo eléctrico frente a un actuador lineal electromagnético de largo recorrido; el primero requiere potencia solo para cambiar su posición, mientras que el segundo requiere (más) potencia para mantener una posición dada en algún lugar entre totalmente extendida y totalmente contraída, y menos (o ninguna) cuando está en los límites de su recorrido: Los músculos animales caen en el última categoría, aumentando el costo metabólico basal de cosas tan simples como mantener una postura de pie estática, pero si un humanoide tuviera actuadores que cayeran en la primera categoría, solo los actuadores que se mueven activamente consumirían energía, aunque mantener una postura de pie puede ser un poco más tarea activa de lo que podría parecer.

13. La temperatura de funcionamiento óptima del humanoide: si es demasiado diferente de la temperatura ambiental, entonces se debe gastar energía para mantenerla, o lograrla, o el humanoide sufrirá pérdidas de eficiencia o fallas mecánicas si su capacidad interna de enfriamiento o calefacción no puede mantenerse al día con la tasa de transferencia de calor, que aumenta proporcionalmente a la diferencia de temperatura.

14. El factor de aislamiento de la piel del humanoide. Al reducir la velocidad a la que se gana o se pierde el calor, esto puede aumentar la eficiencia del humanoide en reposo, pero puede dificultar la tarea de lidiar con el calor residual.

15. La temperatura ambiental: si bien la temperatura promedio es importante cuando se optimiza un sistema mecánico real, el rango de variación también es importante. Cuanto menor sea el rango de variación, más fácil será optimizar un sistema para operar en esas condiciones. Ser capaz de tolerar una variedad más amplia de condiciones puede ser útil para poder sobrevivir, pero también aumenta el costo del aislamiento y la refrigeración, y los sistemas que aceptan un rango más reducido de condiciones aceptables tienen requisitos metabólicos más bajos que aquellos que se adaptan a todas las condiciones posibles. aunque a costa de una mayor probabilidad de lesiones o muerte relacionadas con la exposición.

16. La masa de cualquier equipo de apoyo necesario para permitir que el humanoide funcione de forma independiente durante un tiempo razonable. A menos que este humanoide sea como un evangelion con un cable a su fuente de alimentación, que tendría sus propios problemas, tendrá que llevar consigo todo lo que necesita. Si necesita mucha energía, es mejor que tenga una forma compacta de almacenar esa energía.

Entonces, como se puede ver, este es un problema muy difícil. Claro, es posible que desee un 'superhombre', pero debe responder todas estas preguntas, y más, antes de que pueda comenzar a enumerar sus capacidades realistas.

Sin embargo, supongamos que necesitamos un 'superhombre' con capacidades aproximadamente humanas para la duración del esfuerzo y con óptimos ambientales equivalentes. Necesitaríamos materiales de mayor resistencia, actuadores más potentes, más ligeros y más eficientes, y probablemente también una mejor capacidad de refrigeración. Dado el diseño inteligente en lugar de la evolución, podríamos lograr resultados que nunca podrían evolucionar de forma natural. Sin embargo, todavía estamos limitados por la química y la física del mundo real.

No es realista dar un período de esfuerzo máximo de tan solo 10 segundos a menos que en ese tiempo su humanoide pueda lograr todo lo que un humano podría lograr en tal vez hasta 5 minutos . Si su humanoide fuera tan rápido, tendría que haber sacrificado mucha fuerza, tanto estructural como la fuerza que podría aplicar a los objetos externos, para lograr esa velocidad.

Para un superhéroe, una duración realista de esfuerzo elevado sería más como de 5 a 10 minutos . Como artista marcial, practicando karate y hapkido, en mi dojo, el examen para cinturón negro incluye participar en diez minutos continuos de lucha. Dado que un superhéroe podría lograr sus resultados un poco más rápido que un simple humano, cinco minutos podría ser un compromiso razonable.

Si construimos nuestro superhéroe con materiales ligeros y fuertes como la fibra de carbono (quizás 20 veces más fuerte que el hueso humano), usamos músculos fabricados súper fuertes que son hasta cien veces más fuertes que un músculo humano como estos , y proporcionamos una potencia atómica LENR . suministro, entonces es concebible que una forma de tamaño y forma humana pueda levantar (en un evento como el envión en el levantamiento de pesas olímpico) no 263 kg (el récord mundial humano actual), sino algo del orden de 10,000 kg.

Sin embargo, ser capaz de levantar grandes pesos no es todo lo que hay que hacer para ser un superhéroe. Ser capaz de levantar diez toneladas a la misma velocidad que un humano no significa que golpee más fuerte a menos que los actuadores también sean más rápidos ; si su brazo pesa tanto como el de un humano y acelera tan rápido, entonces la fuerza de impacto será lo mismo. Sin embargo, tal superhéroe podría simplemente levantar una barra de pesas de 50 kg en cada mano y aun así dar sus golpes con la misma rapidez. Dada la fórmula física$e= 1/2mv^2$, aumentar artificialmente la masa de un brazo de quizás 10 kg en 50 kg y seguir golpeando a la misma velocidad de impacto aumentaría la energía del impacto en un factor de seis, cambiando un puñetazo de algo que podría romper un hueso si se coloca con cuidado a algo mucho más probable que lo haga . romper huesos cada vez que aterriza, o conmocionar fatalmente a un humano con un solo golpe la mayor parte del tiempo.

Sin embargo, si nuestro superhéroe inteligentemente diseñado hiciera esto durante un período de tiempo prolongado, digamos en un combate total de cinco minutos, entonces generaría mucho más calor residual que cualquier humano en la misma situación. requiriendo mucha más capacidad de enfriamiento que incluso un cuerpo humano 'simplemente' evolucionado puede reunir. Su aliento podría ser como un secador de pelo y/o su piel podría literalmente vaporizarse con la cantidad de calor residual con el que tendría que lidiar.

Por otro lado, si le damos a nuestro superhéroe artificial una fuerza no mucho mayor que la de un humano, quizás el doble de fuerte como máximo, pero una velocidad mucho mayor , entonces podría estar lanzando golpes que aterrizan a menos de ~9 m/s ( 32 kph o 20 mph), pero a ~63 m/s (227 kph o 140 mph). Eso es 7 veces la velocidad, pero, porque$e=1/2mv^2$, significa que los golpes entregarán 49 veces más energía. Esa es la diferencia entre moretones y tal vez un hueso roto de un luchador humano a un puñetazo de nuestro superhéroe que casi literalmente podría arrancarle la cabeza al otro tipo.

Para controlar un cuerpo tan receptivo, necesitaríamos darle a nuestro superhéroe señales eléctricas a la velocidad de la luz en lugar del sistema electroquímico francamente lento que emplean nuestros propios nervios. Esto también significaría que nuestro superhéroe artificial podría literalmente ver a un oponente humano lanzarle un puñetazo y luego, antes de que ese puñetazo golpee, lanzar seis puñetazos a cambio, cada uno potencialmente fatal o paralizante antes de finalmente bloquear el puñetazo entrante, asumiendo que la transferencia de energía a su oponente no lo golpeó tan atrás como para hacer completamente innecesario bloquear el golpe inicial.

Ciencia dura Límite superior

¿Qué tan fuerte podrías golpear? Digamos que solo necesitas poder lanzar un golpe y quieres golpear lo más fuerte posible.

Supongamos que tiene que traer su fuente de alimentación con usted (no puede transportar un generador con usted)

Supongamos que tiene un generador perfecto que convierte la masa en energía con la mayor eficacia posible.

Supongamos que consume toda su masa y energía disponibles en un solo golpe/explosión. Una onda de choque es como un puñetazo, ¿verdad?

La energía cinética disponible sería$m \cdot c^2$; un humanoide de 80 kg golpearía con$7 \cdot 10^{18}$Julios.

La bomba Tsar (bomba nuclear más poderosa) fue$4.2 \cdot 10^{16}$Julios.

Entonces, la mayor cantidad de energía que una masa humana podría generar es de aproximadamente 100 bombas Tsar. Esto sería cierto sin importar qué materiales use, su masa limitada le brinda una producción limitada.

Al principio, este límite superior parece inútil, pero elimina algunos ejemplos ficticios, como humanoides que destruyen o mueven planetas. Simplemente no hay suficiente masa / energía en un humanoide a menos que tenga una fuente exterior.

Editar: si la persona puede ser mucho más densa que su poder destructivo aumenta linealmente con su masa.

Según mi enlace en los comentarios sobre Fuerza histérica ( https://en.wikipedia.org/wiki/Hysterical_strength ), es muy probable que la forma humana actual sea significativamente más fuerte de lo que somos capaces en el día a día. En algún momento del desarrollo humano, el cerebro comenzó a detenerse y pensar en lugar de reaccionar instintivamente y esto parece haber tenido un gran impacto. Se estima que los gorilas tienen de 6 a 15 veces la fuerza de los humanos libra por libra, lo que demuestra cuán exagerado es esto en realidad. También creo que existe cierto grado de compensación entre precisión y fuerza, una compensación que la humanidad hizo hace bastante tiempo.

También están las leyendas de los guerreros Berserk, guerreros famosos por echar espuma por la boca mientras roen sus propios escudos de hierro, que podían entrar en frenesí (léase como abandonar el pensamiento por instinto) y realizar hazañas de fuerza que estaban mucho más allá de cualquier otra persona podría realizar . Aunque estas hazañas no solo son difíciles de realizar para el cuerpo, sino que también son dañinas, ya que el músculo en sí mismo puede desgarrarse, el tendón y el hueso (el cerebro temporal puede descubrir que el daño a su cuerpo puede tener una ganancia a corto plazo, pero duras implicaciones futuras y por lo tanto, solo permita el acceso a esta fuerza cuando se considere que el daño a corto plazo vale la pena, independientemente de las consideraciones futuras).

La hazaña más grande que puedo encontrar fácilmente proviene del vínculo de fuerza histérica donde 2 niñas (de 14 y 16 años) lograron levantar un tractor de su padre (alrededor de 15 veces lo que normalmente levantarían). La mayor parte de la evidencia sobre esto es anecdótica, pero es lo suficientemente frecuente como para dar algo de crédito a la teoría.

Para números duros, usaré el peso muerto con el récord mundial de 500 kg (1100) lbs, aunque sin equipo es de 460 kg. El récord mundial de 500 kg lo estableció Eddie Hall, quien casi muere en el intento ( http://www.independent.co.uk/sport/general/eddie-hall-nearly-died-after-passing-out-following- new-deadlift-world-record-of-500kg-a7132306.html ) debido a la ruptura de vasos sanguíneos en su cabeza por este intento. También ha habido varios casos de levantadores de peso muerto que pierden sus intestinos (no contenido intestinal, el intestino inferior literalmente es expulsado por la parte trasera). De hecho, consideraría que este es el límite máximo de la forma humana, no por el límite superior del músculo humano, sino por el límite superior de presión que nuestros órganos internos y nuestro cerebro pueden manejar.

Dicho esto, si Eddie Hall entró en una fuerza frenética o histérica, es posible que su límite superior sea entre 6x-15x el de su fuerza normal... da un valor de 3000 kg a 7500 kg como potencial. Por supuesto, un gran descargo de responsabilidad que dice que estos músculos pueden ser capaces de manejarlo, pero las fuerzas ejercidas sobre los órganos del cuerpo y el cerebro probablemente estarían mucho más allá de lo que podemos tolerar, lo que resultaría en una muerte rápida. Es interesante que nuestros órganos internos sean, en última instancia, el factor limitante aquí.

Agregado: sugerí que mucha fuerza histérica es anecdótica. En el caso de los de 14 y 16 años: http://www.dailymail.co.uk/news/article-2307079/Teen-sisters-lift-3-000lb-tractor-rescue-father-pinned-underneath.html
Se las arreglaron para levantar un tractor de 3000 libras lo suficientemente alto para que su padre se soltara. Hay mucha especulación de que algo más contribuyó (el tractor estaba un poco inclinado hacia un lado y los niños simplemente lo inclinaron)... así que es difícil decir qué se hizo aquí, simplemente porque la "fuerza histérica" ​​es extremadamente difícil de medir. en un entorno controlado.

Hay algunos investigadores que han sugerido que podríamos medir la fuerza máxima de una persona a través de descargas eléctricas (básicamente usando una corriente eléctrica para anular el músculo y forzarlo a contraerse tan fuerte como sea posible). Pero solo puedo encontrar la teoría, en realidad no puedo encontrar en ninguna parte que el experimento haya sido realmente probado.

Si desea fortalecer a un ser humano, cuya mecánica corporal, las partes más fuertes del cuerpo humano son los huesos, y tienen una resistencia a la tracción de aproximadamente 120 MPa.

fuente

Entonces, si tomáramos algo 1000 veces más fuerte (nanotubos de carbono), probablemente podríamos hacer un cuerpo humanoide 1000 veces más fuerte que un humano en forma típico.

La resistencia a la tracción de los músculos varía de 3 kPa a 70 kPa para diferentes especies y condiciones ( fuente ). Hay algún lugar en la fuerza de los músculos humanos de Internet, pero debido a los muros de pago y la falta de paciencia, usemos un número más alto disponible. El número definitivamente muestra que los músculos podrían mejorarse significativamente.

Entonces, si cambiamos la proporción haciendo que los huesos sean más gruesos y los músculos de los mismos materiales de 120 GPa, definitivamente podemos esperar mejoras más de 1000 veces. En mi opinión, 10000 veces podría ser una buena suposición.

Entonces, si desea mantener la biomecánica humana 10'000 más fuerte es un buen número, sin embargo, no es el límite para la forma humana.

Límite inferior de ciencia dura

¿Qué podrías hacer hoy?

Como límite inferior, ¿qué podría hacer con los materiales disponibles en la actualidad? Los hidrólicos son mucho más fuertes que los músculos. Entonces, hagamos un humanoide con un torso que es solo un gran pistón hidráulico que se desplaza hacia arriba y hacia abajo. El robot se levanta con su torso En la página wiki vemos que la hidráulica industrial puede tener sistemas de 6000 psi, pero los de 2000 psi son más comunes. Wiki sobre hidráulica

El área del pistón sería el área transversal de la cintura/estómago de un humano. Supongamos un ser humano gordo, por lo que el cilindro será circular, una cintura de 40 pulgadas tiene un radio de 20 y un área de 1,256 pulgadas ^ 2

Esto da una fuerza de elevación máxima de 3,768,000 7,536,000 libras.

Entonces, dada la tecnología actual, podríamos construir un pistón hidráulico con forma de ser humano que podría levantar entre 1800 y 3600 toneladas.

Esto supone que usamos el resto del volumen para las reservas de bomba, combustible y fluido hidráulico, pero parece razonable. Podríamos hacer versiones reducidas para las otras extremidades.

Una advertencia justa es que un humanoide que intente levantar tanto peso aplicaría alrededor de 2000 psi al suelo debajo de él, lo que rompería la mayoría de los pisos y muchos caminos.

Editar: Crédito a RonJohn por mencionar esta idea antes de que pensara en ella.

Puedes ser tan fuerte como quieras si tienes la infraestructura para soportarlo, así que si haces que los huesos sean más robustos puedes aumentar la fuerza hasta los límites de la fuerza muscular, que en otros primates es mucho más que en los humanos.

Creo que razonablemente podría hacer que su gente sea 10 veces más fuerte sin violar ninguna ley con huesos más gruesos o una composición diferente de los huesos haciéndolos más fuertes y músculos tipo gorila.