Имитация нервной системы человека для применения в бионике может стать реальностью благодаря методу обработки многослойных углеродных нанотрубок, разработанному в Национальной лаборатории в Оук Ридж (Oak Ridge National Laboratory).

Углеродные нанотрубки обладают электрическими и другими свойствами, которые делают их очень привлекательным материалом для использования в качестве пучков искусственных нервных волокон в протезах. Но проблема состоит в том, чтобы создать пучки с достаточным количеством волокон, с тем, чтобы нервный пучок в максимальной степени соответствовал естественному. С учетом современных технологий один только вес проводников, необходимых для создания хотя бы такой плотности рецепторов, как на кончиках пальцев, делает невозможным создание подобного волокна. Однако теперь в результате преобразования технологии обработки обычного стекловолокна в процесс превращения углеродных нанотрубок в многоканальные волокна ученые считают, что находятся на пути к прорыву в этом направлении.

«Наша цель – использовать нашу технологию для имитации природного дизайна с помощью искусственных сенсорных датчиков и эффективного восстановления способности человека ощущать предметы и температуру», – говорит сотрудник Центра нанофазовых материалов (Center for Nanophase Materials Sciences) Илья Иванов (Ilia Ivanov). Метод получения из углеродных нанотрубок пучков, состоящих из почти 20000 отдельных каналов, Иванов и его коллеги из Национальной лаборатории в Оук Ридж недавно опубликовали в статье в Nanotechnology.

Конечной целью исследователей является дублирование функций живых систем путем сочетания существующей технологии получения стекловолокна с многофункциональностью субмикронных (0.4 микрон) углеродных нанотрубок.

«Мы делаем этот материал почти так же, как когда-то в средней школе делали стеклянные капилляры над бунзеновской горелкой», – рассказывает Иванов. «Тогда нам нужно было взять стеклянную трубку, нагреть ее и растягивать после того, как стекло разогреется». Иванов и его коллеги делают что-то подобное, но используют тысячи стеклянных капиляров, заполненных порошком из углеродных нанотрубок. После нескольких циклов вытягивания волокна становятся только в 4 раза толще человеческого волоса и содержат 19600 субмикронных каналов, заполненных проводящим углеродом. Каждый канал, содержащий нанотрубки, электрически изолирован от своих соседей стеклом, в результате чего используется как отдельная коммуникационная единица.

Это достижение приближает ученых к реализации их целей.

«Плотность рецепторов на кончиках пальцев человеческой руки составляет около 2500 на квадратный сантиметр, а общее число тактильных рецепторов на всей руке – около 17000», – объясняет Иванов. «Так что по плотности каналов мы уже находимся в пределах, необходимых для достижения 17000 рецепторов на одной руке».

Такой многоканальный композит может использоваться и во многих других областях, включая авиацию и космонавтику, где особенно важен вес проводников.

Следующим шагом в исследованиях ученых будет увеличение проводимости каналов, а затем демонстрация сенсорной связи по отдельным волокнам.

Аннотация к статье «Processing of loose carbon nanotubes into isolated, high density submicron channels»

По материалам New ORNL carbon composite holds promise for bionics