Общие сведения.

«Оживление» синтетических органов происходит с помощью внедрения нейрокомпьютерного интерфейса (НКИ) (называемого также прямым нейронный интерфейсом или интерфейсом «мозг — компьютер») — системой, созданной для обмена информацией между мозгом и электронным устройством. В однонаправленных интерфейсах внешние устройства могут либо принимать сигналы от мозга, либо посылать ему сигналы (например, имитируя сетчатку глаза при восстановлении зрения электронным имплантатом). Двунаправленные интерфейсы позволяют мозгу и внешним устройствам обмениваться информацией в обоих направлениях. В основе нейрокомпьютерного интерфейса, часто используется метод биологической обратной связи. Стоимость процесса широко колеблется: все зависит от важности вживляемого органа, сложности операции и его качества. Органы могут быть сделаны из нескольких типов материалов: природных, как коллаген, и синтетических, как полиэфир. Каркасные органы, не включающие в себя внутреннее воспроизведение деятельности мышечных/нервных тканей, являются самыми дешевыми.

Ткани.
Нервы.
Искусственные нервы выращиваются в лабораториях, цепи и логические вентили воссоздаются из живых прототипов; связь между ними и мозгом проводится с помощью НКИ (см. выше) посредством металлических наноэлектродов и синтетических нервных клеток, сквозь которые передается информация об откликах мозга в нужные участки тела.
Мышцы.
Существует четыре поколения кибернетических мышечных тканей.
Первый тип (I) - полимерные ленты из углерода, кислорода и фтора. При подаче напряжения распределение зарядов на поверхности такой ленты меняется, и она изгибается. Устройства второго типа (II) отличаются геометрией: пластины EAP свернуты в трубочки наподобие листьев табака в сигаре. При подаче напряжения трубочки сжимаются и сдавливают эластичную сердцевину, заставляя ее вытягиваться.
Третий (III), более дорогой тип мышц -  тонкие волокна (диаметр - 50 микрон) из наночастиц титана и никеля. При равной массе наномускулы развивают мощность в несколько десятков (сотен?) раз больше, чем человеческие мышцы. Скорость его срабатывания составляет всего 0,1 секунды, механизм управляется автономным 8-битным микропроцессором, вживленным непосредственно в область замены ткани, и имеет напряжение питания 1,8 вольта.
Существует так же четвертый тип (IV) замены мышечной ткани, использующийся в основном военными, - электромускульная броня. Она представляет собой многослойную структуру из большого числа полимерных лент с вкраплением микрочастиц прочной керамики и определенным образом ориентированных намагниченных частиц. Давление удара или боевого снаряда вызывает начальную деформацию и приводит к резкому смещению намагниченных частиц. За счет индукции возникает короткий электрический импульс, заставляющий полимерные ленты сжиматься, резко повышая прочность брони, поскольку частицы вкрапленной бронекерамики имеют определенный силуэт, который позволяет им при сжатии сцепляться в сплошное покрытие, а кинетическая энергия удара равномерно распределяется почти по всей площади бронежилета. Защитная система не оставляет гематом.
Сосуды.
Васкулоид – механически перепроектированная человеческая циркуляционная система с минимальной адаптацией, способная тесно интегрировать себя в живое человеческое тело, полностью заменяющая кровеносную систему и васкулярное дерево человека. Устройство  состоит из 500 триллионов независимых нанороботов, согласовывающих все свои действия, использует целый ряд искусственных клеток для транспорта жизненно важных нутриентов и биологических клеток к тканям, сохраняя и для молекул и клеток. Общая масса устройства около двух килограмм, робот отдает в окружающую среду 30 Вт тепла на минимально активном уровне и 200 Вт на максимальном. Энергия рассеивания человеческого тела варьируется от 100 Вт до 1600 Вт, поэтому устройство не представляет термогенной опасности для человека. Энергия, как и для большинства медицинских нанороботов, доставляется от естественных источников - глюкозы и кислорода, которые широко доступны в человеческом теле.
Эпидермис.
У пострадавшего берут небольшой кусочек кожи с непораженного участка и при помощи ферментов заставляют клетки отделиться друг от друга. Клеточную суспензию в питательном растворе в буквальном смысле пшикают из дозатора на место ожога.
Кости.
Если нужно заменить ту или иную кость или сустав, то главными помощниками становятся биосовместимые материалы и 3D-принтинг. «Ремонтники» сканируют участок скелета, который требует «починки», создают 3D-модель и на ее основе «печатают» кость, неотличимую от кости пациента.  В качестве биоматериалов используются титан и его сплавы, керамика.

• Кости ног. Протезы ног, оснащённые микропроцессором, могут обучаться по мере их использования и,  тем самым, обеспечивая более естественную походку. Система автоматической адаптации к местности регулирует угол наклона стопы в зависимости от крутизны склона, создавая лучший контакт с землёй и оптимальное движение коленного модуля на подъёмах и спусках. С помощью регулировки высоты пятки, пользователь может использовать обувь с разной высотой каблука или ходить босиком, без ущерба для походки.
• Кости рук.  Бионическая рука работает на электрических импульсах с помощью НКИ, перемещающих протез в нужную позицию. Протез руки может быть разработан более реалистично. Состоит из электрических микроаккумуляторов, сотен электрических приводов, обеспечивающих сгибание и повороты в суставах и запястьях, а также захваты для обработки сигналов с датчиков и согласования работы электроприводов и миоэлектрических датчиков для обратной связи, крепящихся к культе пациента и передающих сигналы в НКИ, управляющий электрическими приводами. Бионическая рука использует отдельные двигатели и микропроцессоры, позволяющие пользователю получать ощущения, близкие к реальной руке. с перчатками из силикона высокой степени детализации.
• Тазобедренная кость. Замена шейки и головки бедра на металлический протез называется монополярным эндопротезированием. Замена проксимального отдела бедра и вертлужной впадины называется тотальным эндопротезированием тазобедренного сустава. В вертлужную впадину имплантируется ацетабулярный компонент (чашка), который может быть цементной или бесцементной фиксации. Бесцементная фиксация (pressfit) металлическая чашка с пористым покрытием забивается на место вертлужной впадины после обработки последней сферическими фрезами. В дальнейшем подразумевается остеоинтеграция кости в компоненты протеза. В чашку устанавливается полиэтиленовая или керамическая вставка (оксид алюминия), называемая вкладышем. В бедро имплантируется ножка с конусом на шейке для крепления головки эндопротеза. Головка бывает керамической или выполненной из различных сплавов. Бедренный компонент (ножка) эндопротеза бывает цементной фиксации — и тогда крепится в бедре при помощи специального полимерного материала (костного цемента), а бывает бесцементной фиксации (pressfit) и как правило имеет пористое покрытие для возможности остеоинтеграции кости в компоненты протеза. Цементная фиксация более пригодна для пожилых людей.

Основные органы.
Сердце. Кардиопротезы - технические устройства, имплантируемые в организм человека, призванные заменить сердечную мышцу и повысить качество жизни больного. При изменении интенсивности физической нагрузки человека не требует регулировки функционирования извне. Протез обладает гемосовместимостью, а значит, совместим с кровотоком человека (датчики снимают информацию о потоке крови в сердце, благодаря чему искусственный орган увеличивает или уменьшает ток крови), не вызывает разрушение эритроцитов, биостабилен, а также не провоцирует образование тромбов.

Легкие.  Основной каркас выращивается из искусственно воссозданных стволовых клеток, а наполнителем синтетических легких является система из полидиметилсилоксановых микрокапилляров, которая постоянно разветвляется на все меньшие и меньшие по размеру капилляры. Искусственные каналы покрыты газообменной мембраной из полидиметилсилоксана и подают в систему поток крови и поток воздуха с помощью патрубков ввода/вывода. Искусственные микрокапилляры легких сравнимы с размерами кровеносных сосудов легких и мембраны для обмена кислорода и диоксида углерода.
Пищевод. Создание искусственного пищевода (эзофагопластика) проводится при полной потере функции естественного пищевода или при его отсутствии. Синтетический пищевод может быть создан из кожи, части стенок желудка или кишечника. Чаще используют кишечные трансплантаты: пищевод из них функционирует лучше, чем из кожи; кроме того, такой пищевод можно поместить не только антестернально (под кожей), но и ретростернально (в средостении), что выгодно в функциональном отношении и удобнее для больного.
Кишечник. Ткань кишечника (эндодерма) выращивается из специальных химикатов и белков – факторов роста. Позднее она созревает, обретает абсорбционную и секреторную функциональность, свойственную здоровому пищеварительному тракту человека, и помещается в полиэфирный каркас.
Печень.  Биоискусственная печень воссоздается из культуры клеток печени (гепатоцитов) и стволовых клеток костного мозга, помещенных в специальный ткане-инженерный каркас. Так же выполняет все основные функции печени: очищение организма от аллергенов, ядов и прочих токсинов, обезвреживание лишних гормонов и витаминов.

Органы чувств.
Зрение. В сформированную склеральную полость вводят эндопротез из «умного полимера». В качестве имплантата-эндопротеза для формирования опорной культи используют пористый материал гидроксиаппатит из натуральных или искусственных кораллов. Миниатюрная камера обнаруживает свет и преобразует его в электрические сигналы, которые соответствуют синтезированному изображению. В основе синтетического глаза лежит матрица, состоящая из 60 электродов, которые вживлены в нервные окончания сетчатки глаза. Электроды подключены к зрительному нерву и передают сигналы в человеческий мозг.
Обоняние. Искусственный нос состоит из огромного числа индивидуальных сенсоров, своеобразных обонятельных рецепторов, созданных на основе ДНК-технологий. Сенсоры состоят из углеродных нанотрубок, модифицированных с использованием специально подобранных молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты, способны различать совершенно разные молекулы.

Слух. Комплекс кохлеарных имплантатов, представляющий собой звуковой процессор, передатчик, приёмник, имплантируемый подкожно, и цепочку электродов, введённых внутрь слуховой улитки посредством хирургической операции. Функция кохлеарного комплекса заключается в стимуляции электрическими импульсами волокон слухового нерва в улитке.