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世界上第一個(gè)球形人工眼具有3D視網(wǎng)膜
2020-06-10 23:32上一篇:黑洞的心還在跳動(dòng) |下一篇:天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)壽命長的彼得·潘(Peter Pan)盤如何進(jìn)化
由香港科技大學(xué)(HKUST)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)最近開發(fā)出了世界上首款3D人工眼,其功能要優(yōu)于現(xiàn)有的仿生眼,在某些情況下甚至超過了人眼,從而為人類帶來了視覺類人機(jī)器人和視力障礙患者的新希望。
科學(xué)家們已經(jīng)花費(fèi)了數(shù)十年的時(shí)間來嘗試復(fù)制生物眼睛的結(jié)構(gòu)和清晰度,但是現(xiàn)有義肢所提供的視覺(主要是通過眼鏡與外部電纜相連的形式)對(duì)于2D平面圖像傳感器的分辨率仍然很差。然而,由香港科技大學(xué)開發(fā)的電化學(xué)眼(EC-Eye)不僅首次復(fù)制了自然眼的結(jié)構(gòu),而且將來實(shí)際上可能比人眼提供更清晰的視力,并具有額外的功能,例如在黑暗中檢測(cè)紅外輻射。
突破性突破的關(guān)鍵功能是3D人工視網(wǎng)膜-由一系列納米線光傳感器組成,可模擬人類視網(wǎng)膜中的感光器。該團(tuán)隊(duì)由香港科技大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系的范志勇教授和顧雷雷博士共同開發(fā),將納米線光傳感器連接到一束液態(tài)金屬線,作為實(shí)驗(yàn)過程中人造半球形視網(wǎng)膜背后的神經(jīng),并成功復(fù)制了視覺信號(hào)傳輸,以將眼睛看到的內(nèi)容反映到計(jì)算機(jī)屏幕上。
將來,那些納米線光傳感器可以直接連接到視力障礙患者的神經(jīng)。與人眼不同的是,成束的視神經(jīng)纖維(用于信號(hào)傳輸)需要通過毛孔穿過視網(wǎng)膜-從視網(wǎng)膜的正面到背面(從而在人類視覺中形成一個(gè)盲點(diǎn)),然后才能到達(dá)腦; 現(xiàn)在,散布在整個(gè)人造視網(wǎng)膜上的光傳感器可以通過背面各自的液態(tài)金屬線來饋送信號(hào),從而消除了盲點(diǎn)問題,因?yàn)樗鼈儾槐卮┻^單個(gè)點(diǎn)。
除此之外,由于納米線比人類視網(wǎng)膜中的感光體具有更高的密度,因此,如果將來與單個(gè)納米線進(jìn)行背接觸,則人造視網(wǎng)膜可以接收比人類視網(wǎng)膜更多的光信號(hào),并有可能獲得更高的圖像分辨率。通過使用不同的材料來提高傳感器的靈敏度和光譜范圍,人造眼還可以實(shí)現(xiàn)其他功能,例如夜視。
“我一直是科幻小說的忠實(shí)擁護(hù)者,我相信諸如星際旅行之類的故事中的許多技術(shù)將有一天成為現(xiàn)實(shí)。但是,無論圖像分辨率,視角或用戶友好程度如何,當(dāng)前仿生的眼睛仍然無法與自然界中的對(duì)手匹敵。迫切需要一種解決這些問題的新技術(shù),這給了我啟動(dòng)這個(gè)非常規(guī)項(xiàng)目的強(qiáng)大動(dòng)力。”范教授說,他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)工作了九年從構(gòu)思開始就完成當(dāng)前的研究。
該小組與加州大學(xué)伯克利分校就此項(xiàng)目進(jìn)行了合作,他們的發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在《自然》雜志上。
范教授補(bǔ)充說:“下一步,我們計(jì)劃進(jìn)一步改善我們?cè)O(shè)備的性能,穩(wěn)定性和生物相容性。對(duì)于假體的應(yīng)用,我們期待與在視光學(xué)和眼科假體方面具有相關(guān)專業(yè)知識(shí)的醫(yī)學(xué)研究專家合作。” 。
人造眼的工作原理涉及一種從太陽能電池類型中采用的電化學(xué)過程。原則上,人造視網(wǎng)膜上的每個(gè)光電傳感器都可以用作納米級(jí)太陽能電池。經(jīng)過進(jìn)一步的修改,EC-Eye可以是自供電的圖像傳感器,因此在用于人工眼科手術(shù)時(shí),不需要外部電源或電路,與當(dāng)前技術(shù)相比,它將更加人性化。