924 subscribers

Бионический глаз - Спасение для слабовидящих

148 full reads

Бионический глаз - Спасение для слабовидящих

Международная команда, возглавляемая учеными Гонконгского университета науки и технологии (HKUST), недавно разработала первый в мире искусственный 3D-глаз с возможностями, превосходящими существующие бионические глаза, а в некоторых случаях даже превосходящие возможности человеческих глаз, что позволяет улучшить зрение. Данная технология предназначена для разработки гуманоидных роботов и протезов для незрячих и слабовидящих людей.

Ученые потратили десятилетия, пытаясь воспроизвести структуру и четкость биологического глаза, но зрение, обеспечиваемое существующими протезными глазами - в основном в виде очков, прикрепленных к внешним кабелям, - все еще характеризуется плохим разрешением из-за 2D-датчиков плоских изображений. Электрохимический глаз (EC-Eye), разработанный в HKUST, однако, не только впервые воспроизводит структуру естественного глаза, но может фактически предложить более острое зрение, чем человеческий глаз в будущем, с дополнительными функциями, такими как способность обнаружить инфракрасное излучение в темноте.

Бионический глаз - Спасение для слабовидящих

Ключевой особенностью, позволяющей делать такие прорывы, является искусственная сетчатка, выполненная в 3D, - сделанная из массива нанопроволочных датчиков света, которые имитируют фоторецепторы в сетчатке человека. Разработанная профессором Фаном Жийонг и доктором Джу Лейлей из отдела электроники и вычислительной техники в HKUST, команда подключила датчики света с нанопроволоками к пучку жидкометаллических проводов, служащих нервами, сзади искусственной полусферической сетчатки во время эксперимента. Таким образом, они успешно воспроизвели передачу визуального сигнала, чтобы отразить то, что глаз видит на экране компьютера.

В будущем эти датчики света с нанопроволоками могут быть напрямую подключены к нервам пациентов с нарушениями зрения. В отличие от человеческого глаза, где пучки волокон зрительного нерва (для передачи сигнала) должны проходить через сетчатку через поры - от передней стороны сетчатки к задней стороне (создавая тем самым слепое пятно в человеческом зрении) до достижения головного мозга, датчики света, которые теперь рассеиваются по всей созданной человеком сетчатке, могут каждый подавать сигналы через свой собственный жидкометаллический провод сзади, устраняя тем самым проблему слепых зон, поскольку им не нужно проходить через одно пятно.

Бионический глаз - Спасение для слабовидящих

Кроме того, поскольку нанопроволоки имеют даже более высокую плотность, чем фоторецепторы в сетчатке человека, искусственная сетчатка может, таким образом, получать больше световых сигналов и потенциально достигать более высокого разрешения изображения, чем сетчатка человека, если обратные контакты с отдельными нанопроволоками будут выполнены в будущем. С применением различных материалов, используемых для повышения чувствительности датчиков и спектрального диапазона, искусственный глаз может также выполнять другие функции, такие как ночное видение.

"Я всегда был большим поклонником научной фантастики, и я верю, что многие технологии, показанные в таких историях, как истории о межгалактических путешествиях, однажды станут реальностью. Однако, независимо от разрешения изображения, угла зрения или удобства для пользователя, нынешние бионические глаза все еще не соответствуют их естественному человеческому коллеге. Новая технология для решения этих проблем остро нужна, и это дает мне сильную мотивацию для запуска этого нетрадиционного проекта", - поделился профессор Фан, чья команда провела девять лет, мечтая завершить текущее исследование с самого начала идеи.

Команда сотрудничала с Калифорнийским университетом в Беркли по этому проекту, и их результаты были недавно опубликованы в журнале Nature .

"На следующем этапе мы планируем дальнейшее повышение производительности, стабильности и биосовместимости нашего устройства. В области применения протезов мы рассчитываем на сотрудничество с экспертами в области медицинских исследований, которые обладают соответствующими знаниями в области оптометрии и глазных протезов", - добавил профессор Фан.

Принцип работы искусственного глаза включает электрохимический процесс, который принят от типа солнечного элемента. В принципе, каждый фотодатчик на искусственной сетчатке может служить наноразмерным солнечным элементом. С дальнейшей модификацией EC-Eye может представлять собой датчик изображения с автономным питанием, поэтому нет необходимости во внешнем источнике питания или схемах при использовании для глазного протеза, что будет намного более удобным для пользователя по сравнению с существующей технологией.