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  視覺障礙者看到了希望,世界一個3D人造眼球問世
  
  2020-07-27 來源：網(wǎng)絡(luò)
  
  近來，香港科技大學(xué)與美國的科學(xué)家團(tuán)隊共同開發(fā)了世界上一個3D人工眼球。經(jīng)過測試，其功能要優(yōu)于現(xiàn)有的仿生眼，甚至部分性能超越人眼。結(jié)果發(fā)表在國際知名期刊Nature雜志，題目為“A biomimetic eye with a hemispherical perovskite nanowire array retina”。
  
  人工眼和人眼的整體結(jié)構(gòu)相似，使得這個設(shè)備擁有了100°的廣闊視野。相比之下，靜態(tài)人眼的垂直視野大約為130°。人造眼球在結(jié)構(gòu)上的模仿確實令人印象深刻，但使其真正從之前報道的設(shè)備中脫穎而出的是，它的許多感官能力與天然眼睛相比都是相當(dāng)不錯的。
  
  研究人員將納米光電傳感器元件陣列集成到和人眼尺寸相當(dāng)?shù)挠射X和鎢制成的仿人類視網(wǎng)膜的半球形膜中，通過密封在軟膠管中液態(tài)金屬(共晶鎵-銦合金)制成的細(xì)軟電線，將人工視網(wǎng)膜上的信號傳輸?shù)酵獠侩娐愤M(jìn)行信號處理。該3D人工仿生眼擁有100°的廣闊視野，并具備超越人眼的高成像分辨率和響應(yīng)率。這種仿生眼技術(shù)除了能夠協(xié)助人們提高視力外還可被用于制作其他仿生光敏器材，目前正計劃進(jìn)行相關(guān)動物和臨床試驗。
  
  也許令人印象深刻的是這種人造視網(wǎng)膜的高分辨率成像，這是由于納米線陣列的高密度導(dǎo)致的。在以前的人工視網(wǎng)膜中，光感受器首先是在平坦堅硬的基底上制作的；之后，它們要么被轉(zhuǎn)移到彎曲的支撐表面上，要么被折疊成彎曲的基底。這就限制了成像儀單元的密度，因為它們之間必須留有空間，以便傳輸或折疊。
  
  相比之下，這個新設(shè)備中的納米線是直接在曲面上形成的，使得它們可以更緊密地結(jié)合在一起。事實上，納米線的密度高達(dá)460000000 cm-2，遠(yuǎn)高于人類視網(wǎng)膜上的光感受器(約10000000 cm-2)。來自每個納米線的信號可以單獨獲取，但是當(dāng)前設(shè)備中的像素是由三根或四根納米線組成的。彌補人工視覺和觸覺之間的差距人造眼球的整體性能代表了此類設(shè)備的一個飛躍，但仍有很多工作要做。首先，光電傳感器陣列目前僅為10×10像素，像素之間的差距大約為 200-μm；意味著光探測區(qū)域只有2毫米寬。
  
  此外，制造過程涉及一些昂貴和低通量的步驟。例如，研究人員使用一個稱為聚焦離子束蝕刻的昂貴過程來為每個納米線的形成準(zhǔn)備孔洞。未來必須開發(fā)出高通量的制造方法，以大幅降低成本生產(chǎn)更大的光敏元件陣列。
  
  其次，為了提高視網(wǎng)膜的分辨率和尺寸，液態(tài)金屬線的尺寸需要減小。電線的外徑是大約700um，但這應(yīng)該與納米線直徑(幾微米)相當(dāng)。目前的挑戰(zhàn)是將液態(tài)金屬線的直徑減小到這個尺寸。后，需要更多的測試來確定人造視網(wǎng)膜的使用壽命。研究人員報道稱，在運行9小時后，其性能并沒有明顯下降，但其他電化學(xué)器件的性能會隨著時間的推移而下降。
  
  在離子液體濃度較高的情況下，他們的裝置的響應(yīng)和恢復(fù)時間會降低，但代價是光在液體中的傳輸。為了解決這個問題，需要進(jìn)一步優(yōu)化離子-液體的組成。盡管如此，這項工作為過去幾十年間所取得的突破又添了一筆濃墨重彩，這一突破不僅是通過模仿像相機(jī)一樣的眼睛(比如人類的眼睛)實現(xiàn)的，也是通過模仿類似于昆蟲的復(fù)眼實現(xiàn)的。鑒于這些進(jìn)展，我們似乎有可能在未來十年見證人工和仿生眼睛在日常生活中的廣泛應(yīng)用。
  
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