仿生眼领域重要突破：模拟真正的视网膜
最后更新：2020-06-04 10:40:39 手机定位技术交流文章
人眼具有特殊的图像传感特性，如超宽的视野、高分辨率、低像差和高灵敏度。然而，仿生眼睛具有这样的特性是非常理想的，特别是在机器人和视觉假体技术方面。然而，生物眼睛的球形特征，尤其是生物眼睛的核心部件视网膜，对仿生眼睛的制造提出了巨大的挑战。
这种新的假眼是由艺术家绘制的。
图片来源:雷磊谷和神奇色彩科技有限公司。
构造一个弯曲的视网膜是很重要的，因为只有通过弯曲的晶状体后，光线才能投射到视网膜上。威斯康星大学的电气工程师蒋·红瑞说:“当对某物成像时，透镜后面形成的图像实际上是弯曲的。”如果假眼配有平面传感器，图像就不能非常清晰地聚焦。“视网膜是弯曲的，但电子光传感器是刚性和平坦的。
钙钛矿是一种用于太阳能电池的导电和光敏材料，可用于生产长度为几微米的非常细的纳米丝。香港科技大学的电子和计算机工程师范智勇说，这些细丝模仿了眼睛细长感光细胞的结构。"但困难在于:如何在半球形基底上制作纳米丝阵列来形成半球形视网膜？"
为了解决这个问题，范志勇和他的同事们把软铝箔弯成半球形，然后把它变成一种主要由氧化铝组成的绝缘体，同时在它上面制造出致密的孔隙。最后，研究人员获得了一个半球形多孔透明绝缘模板，在其中可以“生长”钙钛矿纳米丝。研究人员说:“纳米线的密度非常高，甚至比人眼的感光细胞还要高。”
图1:仿生假眼
一旦他们有了一个弯曲的“视网膜”，科学家们就把它整合到一个人造眼睛里，它的前部包括一个弯曲的晶状体。受真实眼睛中特殊液体的启发，该团队在仿生版本中填充了一种离子液体。一旦这些纳米丝产生电荷，电荷将与一些离子交换。“这种电交换使得钙钛矿纳米丝能够执行电化学功能来检测光并将信号发送到外部图像处理电子设备。”
当团队测试人工眼睛时，它可以在19毫秒内处理光的模式，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，人造眼睛可以提高自然视力:它们可以吸收更宽范围的波长而没有盲点。
研究人员称，该设备可以通过重建人工眼睛观察到的图像(字母“e”、“I”和“y”)来“看见”物体。实验中概念验证设备的分辨率较低，因为纳米线阵列只有100个像素，每个像素包含3条纳米线。然而，研究人员相信，他们的设计很可能比人眼获得更好的分辨率，因为纳米线的密度可以增加到人眼受体的10倍以上。
图2:义眼的详细结构
生物医学公司第二视觉的临床和科学事务副总裁鞠波·多恩认为这项研究很新颖，但是还没有看到它如何与人类视觉系统联系起来。她研究失明治疗设备，包括一种叫做Argus II的视网膜假体，并指出开发电子接口只是第一步。这种设备需要与人脑互动才能生成图像。“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，然后与人类视觉系统一起工作。”
这项研究是由香港科技大学电子与计算机工程系的范志勇团队、加州大学伯克利分校电气工程与计算机科学系以及劳伦斯伯克利国家实验室材料科学系的研究人员进行的。相关论文发表在《自然》杂志上，标题为“具有半球铝钙钛矿纳米线阵列视网膜的生物眼睛”。第一作者是顾，香港科技大学电子与计算机工程系。
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