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人工视网膜实验,未来的仿生眼可能比我们的原生眼睛看得更清楚_

发布日期:2020-05-26 01:32   来源:未知   阅读:

能让盲人恢复视力,从对受影响患者生活的影响来看,是医学界能够实现的最深刻的行为之一,也是现代医学最难实现的行为之一。我们可以在有限的情况下恢复视力,市场上有一些早期的仿生眼可以在非常特殊的情况下恢复有限的视力。研究人员可能已经迈出了改变这种情况的重要一步,前不久,一项新设计的仿生视网膜的实验结果出来了。

相关研究团队在《自然》杂志上发表了一篇论文,详细介绍了由高密度纳米线构建的半球形视网膜,视网膜的球形形状历来是生物仿生设备的一大难题。

光通过晶状体进入眼睛,而晶状体是弯曲的,这意味着打在视网膜上的光线已经被弯曲了。当你使用平面传感器来捕捉它时,图像可以聚焦的程度有一个内在的限制。这似乎是目前最先进的人工智能能够帮助解决的事情,但人类眼球后部的处理能力有限,对视觉的延迟要求几乎为零。或者说,解决弯曲的问题就是香港科技大学电子与计算机工程师范志勇和研究团队的其他成员所做的事情。

他们从一块铝箔的半球开始,用电化学处理将铝箔转变成称为氧化铝的绝缘体,并在整个过程中将其散布成纳米孔。这些密集的孔洞成为钙钛矿纳米线的通道,模仿了视网膜本身的功能。钙钛矿用于制造太阳能电池。一旦纳米线长大,研究人员便用人造晶状体盖住眼睛,并用离子液体填充它,以模仿我们自己眼球中的玻璃体液。

这种离子液体对这个过程非常重要,它能让纳米线检测到光,并将其信号传输到外部的、图像处理的电子元件中。

这种人工视网膜的性能卓越,可用于制造仿生眼。因为它不受我们自身晶状体的生物参数限制,可以对波长高达800纳米的光做出反应。人类的视觉范围在740毫米左右,超过这个波长的颜色对我们来说是黑色的。如果能在800纳米的波长下看到事物,我们就能看到近红外波段(被认为是750-1400纳米)。人工视网膜对光的处理时间是19毫秒,也就是人眼的一半时间。将眼睛的反应速度降低到19毫秒,可能会减少人类的总反应时间,而且人工视网膜的图像锐化和整体清晰度比人的眼球产生的图像更清晰。

注意:不要把这句话理解为对帧率的性质以及人类是否能看到高于特定帧率阈值的图像的评论。测量到的人眼的反应和恢复时间从40毫秒到150毫秒不等。人类的平均总反应时间在200毫秒到250毫秒之间,特殊的人有时会超过这些速度。

简而言之,这种人工视网膜在多个方面都比我们看得更清楚,据我所知,这是第一次制造出类似的东西,新的视网膜甚至没有盲点。未来的路还很长

在这样的系统被集成到功能设备中之前,还有很多工作要做。像Second Sight(一家公司)的系统可以直接与大脑集成。而这个人工视网膜却没有。这是一个概念验证的人工视网膜,有一天可能会被部署到仿生眼中,前提是目前的问题可以克服。

克服这些问题将是很困难的。即使在概念上可以用类似的术语来描述,但人类的视觉系统也不是照相机。我们会从传感器提供的功能中获益的想法,隐含了我们可以将其与大脑无缝连接,让这些好处得以体现的前提。因为有不同形式的失明症,对一种类型的解决方案可能对另一种类型的失明症不起作用。由脑损伤引起的失明,不太可能通过这种解决方案得到帮助,即使是完美无瑕的仿生眼,也不可能让我们每个人都能恢复视力。

然而,仿生眼的潜力是巨大的。自从第一款灰度、低分辨率的仿生眼上市以来,已经不到十年了。现在,科学家正试图弄清楚如何建立一个优越的系统(仿生眼),并将其连接到服务器后端(人体),如果你不介意这个比喻的话。希望在未来十年内,我们会看到该领域的进步。