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 |
