视觉障碍者看到了希望,世界一个3D人造眼球问世
近来，香港科技大学与美国的科学家团队共同开发了世界上一个3D人工眼球。经过测试，其功能要优于现有的仿生眼，甚至部分性能超越人眼。结果发表在国际知名期刊Nature杂志，题目为“A biomimetic eye with a hemispherical perovskite nanowire array retina”。
人工眼和人眼的整体结构相似，使得这个设备拥有了100°的广阔视野。相比之下，静态人眼的垂直视野大约为130°。 人造眼球在结构上的模仿确实令人印象深刻，但使其真正从之前报道的设备中脱颖而出的是，它的许多感官能力与天然眼睛相比都是相当不错的。
研究人员将纳米光电传感器元件阵列集成到和人眼尺寸相当的由铝和钨制成的仿人类视网膜的半球形膜中，通过密封在软胶管中液态金属(共晶镓-铟合金)制成的细软电线，将人工视网膜上的信号传输到外部电路进行信号处理。该3D人工仿生眼拥有100°的广阔视野，并具备超越人眼的高成像分辨率和响应率。这种仿生眼技术除了能够协助人们提高视力外还可被用于制作其他仿生光敏器材，目前正计划进行相关动物和临床试验。
也许令人印象深刻的是这种人造视网膜的高分辨率成像，这是由于纳米线阵列的高密度导致的。在以前的人工视网膜中，光感受器首先是在平坦坚硬的基底上制作的；之后，它们要么被转移到弯曲的支撑表面上，要么被折叠成弯曲的基底。这就限制了成像仪单元的密度，因为它们之间必须留有空间，以便传输或折叠。
相比之下，这个新设备中的纳米线是直接在曲面上形成的，使得它们可以更紧密地结合在一起。事实上，纳米线的密度高达460000000 cm-2，远高于人类视网膜上的光感受器(约10000000 cm-2)。来自每个纳米线的信号可以单独获取，但是当前设备中的像素是由三根或四根纳米线组成的。弥补人工视觉和触觉之间的差距 人造眼球的整体性能代表了此类设备的一个飞跃，但仍有很多工作要做。首先，光电传感器阵列目前仅为10×10像素，像素之间的差距大约为 200-µm；意味着光探测区域只有2毫米宽。
此外，制造过程涉及一些昂贵和低通量的步骤。例如，研究人员使用一个称为聚焦离子束蚀刻的昂贵过程来为每个纳米线的形成准备孔洞。未来必须开发出高通量的制造方法，以大幅降低成本生产更大的光敏元件阵列。
其次，为了提高视网膜的分辨率和尺寸，液态金属线的尺寸需要减小。电线的外径是大约700um，但这应该与纳米线直径(几微米)相当。目前的挑战是将液态金属线的直径减小到这个尺寸。后，需要更多的测试来确定人造视网膜的使用寿命。研究人员报道称，在运行9小时后，其性能并没有明显下降，但其他电化学器件的性能会随着时间的推移而下降。
在离子液体浓度较高的情况下，他们的装置的响应和恢复时间会降低，但代价是光在液体中的传输。为了解决这个问题，需要进一步优化离子-液体的组成。尽管如此，这项工作为过去几十年间所取得的突破又添了一笔浓墨重彩，这一突破不仅是通过模仿像相机一样的眼睛(比如人类的眼睛)实现的，也是通过模仿类似于昆虫的复眼实现的。鉴于这些进展，我们似乎有可能在未来十年见证人工和仿生眼睛在日常生活中的广泛应用。
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