Нанотехнологии начинают открывать новые горизонты людям с искусственными конечностями. Наноразмерные объекты слишком малы для того, чтобы их можно было рассмотреть даже через очень мощный микроскоп. Каждый дюйм вмещает 25.4 миллиона нанометров.

Толщина человеческого волоса составляет около 100,000 нанометров. В ранних работах по нанотехнологии исследователи пришли к выводу о возможности переконфигурирования углерода для получения нового сверхпрочного и легкого волокна, которому дали название «нанотрубки». При разработке искусственных конечностей для человека у исследователей возникает проблема получения возможности доставки данных от датчиков до мозга человека, носящего протез, так, чтобы мозг мог непосредственно реагировать на стимулирование как будто искусственная часть тела настоящая.

В ходе совместной деятельности Национальной лаборатории Оук Ридж, NASA и Национального института космонавтики, а также в результате дополнительных исследований, которые финансировались Министерством обороны США, были разработаны чувствительные к давлению и температуре водостойкие материалы из нанотрубок для применений в области аэронавтики, авиационно-космической деятельности и робототехники. Материалы, в которых имеются песок, структуры из нанотрубок и тонкой золотой проволоки, обладают почти такой же теплопроводящей способностью, что и человеческая кожа. Они также являются пьезоэлектрическими и вырабатывают электричество  в виде реакции на приложение давления. В то время, как протезы рук все в большей степени становятся похожими на настоящие конечности в том, что касается подвижности и гибкости, искусственная кожа, по большей части, остается ничего на чувствующим куском пластмассы.

Этот материал можно спроектировать так, чтобы он функционировал одновременно  и как температурный датчик, и как датчик давления, как гибкий проводник электричества, или же как часть полимерного материала с механическими и тепловыми свойствами, аналогичными свойствам человеческой кожи. Углерод в нанотрубках биологически совместим, это означает, что иммунная система человеческого организма не воспринимает его как посторонний объект. В будущем это поможет создать датчики, подсоединенные к нервной системе человека, что позволит информации передаваться в обоих направлениях в мозг и из него. Датчики, расположенные под кожей человека, способны измерять изменения температуры или электричества на выходе, и отсылать информацию на чип компьютера для преобразования в полезную информацию.

В настоящее время коллектив работает над полоской кожи, обладающей поверхностью, отталкивающей воду, и способной улавливать изменения температуры и давления. Водоотталкивающий поверхностный слой будет сделан из специально разработанного наноструктурированного материала. Он начинается с крошечных частиц песка, каждая из которых текстурирована для увеличения эффективности поверхностного натяжения, за счет этого происходит отталкивание воды. Такие частицы можно, подобно порошкам, напылять на полимеры, а затем скреплять с поверхностью за счет воздействия тепла. Покрытие позволит не допускать проникновения пота или воды в складки и соединения, т. е. в места, где влага может помешать функционированию электроники.

Человеческая кожа способна отсылать информацию о размещении ощущений, которые находятся на расстоянии 2 мм друг от друга. Используемая в настоящее время технология создания искусственной кожи позволяет определять булавочные уколы, находящиеся на расстоянии 5 мм. Исследователи работают с нанотехнологией для того, чтобы уменьшить пространство между точками датчика, так чтобы можно было более точно определять места размещения. Когда эти технологии будут успешно отлажены и применены, у искусственных конечностей будет такая же чувствительность, как и у настоящей кожи.

В настоящее время управлением протезами осуществляется с помощью совместного усилия мышц и механизмов. Так, например, при использовании протеза руки, пользователь напрягает мышцы плеча или же оставшейся части руки, которые подсоединены к датчикам, а эти датчики, в свою очередь, посылают электронный сигнал механике искусственной руки, указывая ей, когда закрываться, а когда открываться. Технология функционирует для того, чтобы сделать этот процесс более гладким, а также, чтобы ускорить его за счет соединения с нервами, а не с мышцами. Достижения в области разработки искусственной кожи, которые позволяют получать более полную информацию об изменениях температуры и давления, имеют ценность, только если человек, который носит протез, имеет возможность обрабатывать информацию и реагировать на нее.

Стремясь найти решение проблем передачи данных, ученые-медики добились успеха, так как сумели перенаправить нервы руки людей с ампутацией на их грудные мышцы. Они подсоединили эти перенаправленные нервы груди на точно определенные места в кисти или пальцах, которые будут воспринимать ощущения. Это позволило создать электронную связь между протезом и мозгом, так что человек может, например, ощущать давление и заставлять мозг отсылать сигнал, который сообщит пальцам, чтобы они отодвинулись, совсем так же, как это делает компьютер при управлении робототехническим устройством.

В роботе, датчики, которые расположены под искусственной кожей, передают информацию, которую они собирают, через провода, подсоединенные к компьютеру, что, в свою очередь, позволяет человеку, работающему с робототехническим устройством, выбрать соответствующую реакцию. Разработчики надеются, что к 2010 г. технология передачи информации—электронные цепи и программное обеспечение для управления процессом—станет достаточно быстрой, чтобы позволить пользователю протеза испытывать ощущения и реагировать на стимулирование так же быстро, как если бы его/ее конечность была настоящей. Благодаря успешной реализации этой программы человек с протезами руки будет в состоянии ощущать температуру воды в детской ванночке, и печатать на клавиатуре компьютера с той же скоростью, что и все остальные.

Полиамиду, также известному как FILMSkin, придают внешний вид и тактильные свойства такие же настоящие, как и у человеческой кожи. Материал легкий, но хорошо растягивается, что обеспечивает гибкость движения, и с него стекает вода, совсем как с человеческой кожи, что является важным свойством для защиты находящейся внутри электроники. В настоящее время ученые изучают возможности использования пьезоэлектрических свойств нанотрубок для разработки способов питания электроники внутри кожи с использованием тепловой энергии тела или же солнечной энергии так, чтобы батарейки были не нужны.

Прогресс в области нанотехнологии способен восстанавливать функциональные способности, а также чувство собственного достоинства людей, пользующихся искусственными конечностями.

www.polymery.ru