新的人造眼模仿了视网膜的自然曲线

研究人员精心设计了一种可以复制眼睛感觉膜形状的设备

的人的眼睛是一个复杂的仪器：图像通过曲面透镜在球体的前进入并到达之前穿过其糊糊，玻璃体液体光敏视网膜哪个中继信号视神经携带图片进入脑。工程师们已经尝试复制这种结构大约十年了。现在，一种新的人造眼成功地模仿了天然仪器的球形。研究人员希望这项成就能够带来更清晰的机器人视觉和修复设备。关于发展的论文星期三在“ 自然” 杂志上发表。

这项研究基于以下事实：钙钛矿是一种用于太阳能电池的导电和光敏材料，可用于制造极细的纳米线，其长度为千分之几毫米。研究合著者香港科技大学的电子和计算机工程师范志勇说，这些线模仿了眼睛的细长的感光细胞的结构。“但是困难在于：我们如何在半球形基底中制造纳米线阵列以形成该半球形视网膜？” 他补充说。构造弯曲的视网膜很重要，因为只有在穿过弯曲的透镜后，光线才能入射到视网膜。威斯康星大学麦迪逊分校的电气工程师姜洪瑞说：“当您尝试对某物成像时，实际上是在镜头之后形成的图像是弯曲的。” 他审查了新论文，但没有直接参与这项工作。“如果您有一个扁平的传感器，那么图像将无法非常清晰地聚焦。” 视网膜是弯曲的，但是电子光传感器是刚性且平坦的。

为了解决该问题，范和他的同事们将软铝箔变形为半球形。然后他们用电化学方法处理了金属，然后将其转变为称为氧化铝的绝缘体。该过程还使材料散布了纳米级的孔。结果，研究人员只剩下了一个弯曲的半球，该半球上有便利的密集簇状孔，可以在其中“生长”钙钛矿纳米线。江说：“纳米线的密度非常高。” “它具有可比性，甚至比人眼中感光体的密度还要高。”

一旦他们有了弯曲的“视网膜”，科学家就将其整合到了人造眼中，该人造眼的前部包括一个弯曲的晶状体。在真实的眼睛中受到特殊液体的启发，该团队在其仿生版本中填充了一种离子液体，一种带电粒子可以在其中移动的液体盐。范说：“内部一个非常重要的组件是在我们充满离子液体的空腔中。” “一旦这些纳米线产生电荷，电荷将与某些离子交换。” 这种电交换使钙钛矿纳米线可以执行电化学功能，以检测光并将该信号发送到外部图像处理电子设备。

当团队测试人造眼时，它可以在短至19毫秒的时间内处理光的图案，这是人眼所需时间的一半。它产生的图像比具有相似像素数的平面图像传感器产生的图像具有更高的对比度和更清晰的边缘。在某些方面，人造眼可以改善自然视觉：它可以吸收更大范围的波长，并且没有盲点。

范希望与医学研究人员合作，根据其团队的设计来制造假肢设备。但是，这样做可能需要更多的开发。人造眼“真的很优雅；它看起来像是一项了不起的工作。”未参与这项研究的生物医学公司Second Sight的临床和科学事务副总裁Jessy Dorn说。“但是（研究作者）没有谈论它如何与人类视觉系统联系起来。” 她从事失明治疗设备的工作，包括视网膜假体称为Argus II，并指出开发电子界面只是第一步。这样的设备将需要与人脑交互以产生图像。“这是更大的挑战之一：如何安全可靠地植入任何类型的高分辨率界面，然后再与人类视觉系统协同工作。”

此外，失明的类型也不同，并且完美的眼睛可能不会总是产生完美的视力。例如，婴儿期和儿童期的大脑发育对于处理视觉输入至关重要，因此，一个天生失明的人可能永远不需要在以后的生活中通过义肢眼就能看到大脑。Dorn指出，Argus II植入物的接受者都是成年后失去视力的成年人。甚至它们具有不同的成功水平：有些仅获得区分光和影的能力，而另一些则可以处理形状。她仍然说，与环境的任何视觉联系都可以带来更大的独立性和更大的行动自由。假肢并不是人工眼的唯一有价值的应用：此类设备可以在机器人视觉中立即应用。

姜说：“模仿自然眼睛是许多光学工程师的梦想。”他指出，一些研究人员试图模仿哺乳动物的眼睛，而另一些研究人员则在研究像昆虫一样的复合眼睛。他补充说，该领域终于开始有了真正的突破。“我认为在大约十年中，我们应该会看到这些仿生眼的一些非常实际的实际应用。”