新的仿生眼可能比我們看得更清楚

就對(duì)受影響的病人的生活的影響而言，恢復(fù)盲人視力的能力是治愈醫(yī)學(xué)能夠?qū)崿F(xiàn)的最深遠(yuǎn)的行為之一，也是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)最難以實(shí)現(xiàn)的事情之一。我們可以在有限的場(chǎng)景中恢復(fù)視力，市場(chǎng)上有一些早期的仿生眼睛可以在非常特定的場(chǎng)景中恢復(fù)有限的視力。隨著一項(xiàng)設(shè)計(jì)仿生視網(wǎng)膜的新實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的公布，研究人員可能已經(jīng)朝著改變這一現(xiàn)狀邁出了戲劇性的一步。

該研究小組在《自然》雜志上發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)描述了由高密度納米線構(gòu)建的半球形視網(wǎng)膜的過(guò)程。在歷史上，視網(wǎng)膜的球形形狀一直是仿生設(shè)備的主要挑戰(zhàn)。

光線通過(guò)彎曲的晶狀體進(jìn)入眼睛，這意味著射入視網(wǎng)膜的光線已經(jīng)彎曲。當(dāng)你使用一個(gè)平面?zhèn)鞲衅鱽?lái)捕捉它的時(shí)候，圖像的聚焦有一個(gè)內(nèi)在的限制。這似乎是一種尖端人工智能可能能夠幫助的事情，但人類(lèi)眼球后部可用的處理能力是有限的，對(duì)視覺(jué)的延遲要求幾乎為零。或者，我們可以解決半球問(wèn)題。香港科技大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程師范志勇(音)和研究團(tuán)隊(duì)的其他成員就是這么做的。

他們從一個(gè)鋁箔半球開(kāi)始。電化學(xué)處理將金屬箔轉(zhuǎn)變成一種被稱(chēng)為氧化鋁的絕緣體，并使其在整個(gè)使用過(guò)程中布滿納米級(jí)的小孔。這些密集聚集的小孔成為鈣鈦礦納米線的通道，模擬了視網(wǎng)膜本身的功能。鈣鈦礦用于制造太陽(yáng)能電池。一旦納米線生長(zhǎng)出來(lái)，研究人員用人工晶狀體覆蓋眼睛，并在里面注入離子液體，以模仿我們眼球內(nèi)的玻璃狀幽默。

這種離子液體對(duì)這一過(guò)程非常重要，它使納米線能夠探測(cè)光線并將其信號(hào)傳輸?shù)酵獠繄D像處理電子設(shè)備。

人造眼的性能令人印象深刻。因?yàn)樗皇芪覀冏约旱纳飬?shù)的限制，它可以對(duì)波長(zhǎng)達(dá)800nm的光線做出反應(yīng)。人類(lèi)的視覺(jué)范圍最大約為740毫米;這個(gè)波長(zhǎng)以上的顏色對(duì)我們來(lái)說(shuō)是黑色的。如果我們能在800nm時(shí)看到，我們就能看到近紅外波段(750 - 1400nm)。光模式的處理時(shí)間約為19ms，相當(dāng)于人眼的一半時(shí)間。將眼睛的反應(yīng)速度降低到19ms可能會(huì)減少人類(lèi)的總反應(yīng)時(shí)間，而且人造眼的圖像銳化和整體清晰度比Mark I eye更好。

注意:不要把它看作是對(duì)幀率本質(zhì)的評(píng)論，以及人類(lèi)是否能看到高于特定幀率閾值的東西。測(cè)量的人眼反應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間從40ms到150ms不等。人類(lèi)的平均總反應(yīng)時(shí)間在200ms到250ms之間。非凡的人有時(shí)會(huì)超過(guò)這些速度;150毫秒的反應(yīng)時(shí)間并不是未知的。

簡(jiǎn)而言之，這種人造視網(wǎng)膜在很多方面都比我們看得更清楚，就我所知，這是第一次制造出這樣的東西。新的視網(wǎng)膜甚至沒(méi)有盲點(diǎn)。

正如《科學(xué)美國(guó)人》所詳細(xì)描述的，在這樣一個(gè)系統(tǒng)可以集成到一個(gè)功能性設(shè)備之前，還有很多工作要做。像第二視力這樣的系統(tǒng)(一個(gè)我們?cè)?jīng)報(bào)道過(guò)的公司，下面有鏈接)直接與大腦整合。這個(gè)人造視網(wǎng)膜不需要。這是一種概念驗(yàn)證的人工視網(wǎng)膜，如果目前的問(wèn)題能夠得到解決，或許有一天可以應(yīng)用在仿生眼上。

克服這些問(wèn)題將是困難的。人類(lèi)的視覺(jué)系統(tǒng)不是照相機(jī)，即使它可以用類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)在概念上描述。我們能從傳感器提供的特性中獲益的想法是假設(shè)我們能將其與大腦無(wú)縫連接，使這些益處得以顯現(xiàn)。因?yàn)橛胁煌问降氖?，適用于一種類(lèi)型的解決方案可能不適用于另一種類(lèi)型。由腦損傷引起的失明不太可能得到這種解決方案的幫助——即使是一個(gè)完美的人造眼睛也不可能讓我們恢復(fù)每個(gè)人的視力。

盡管如此，這里的長(zhǎng)期潛力是巨大的。第一個(gè)灰度、低分辨率的人工傳感器問(wèn)世還不到十年?，F(xiàn)在，我們正試圖弄清楚如何構(gòu)建一個(gè)看似優(yōu)越的系統(tǒng)，并將其連接到服務(wù)器后端，如果您不介意這樣的比喻的話。希望我們能在接下來(lái)的十年里看到這個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。