Създадоха изкуствено око с по-големи възможности от човешкото

0
2388

Човешкото око е сложен инструмент: изображението преминава през роговицата, която е изпъкнала леща в предната му област, след това преминава през стъкловидното тяло преди да достигне чувствителната към светлината ретина, която подава сигналите към зрителния нерв, който от своя страна ги прехвърля в мозъка. Специалистите от няколко десетилетия се опитват да създадат подобна изкуствена структура и ето, че сега ново изкуствено око успешно имитира сферичната форма на естествения човешки орган. Изследователите се надяват, че това достижение ще доведе до появата на роботи с по-детайлно зрение и ще могат да бъдат правени по-качествени протези. Научната статия за това необикновено постижение бе публикувана на 20 май тази година в списание Nature.

Научното изследване се базира на това, че чувствителния към светлината материал перовскит, който се използва в по-новите слънчеви панели, може да се използва и за създаването на изключително тънки наноелементи с дължина няколко хилядни от милиметъра.

„Тези елементи имитират структурата на дългите и тънки фоторецепторни клетки на човешкото око“ – споделя съавторът на изследването Чжиюн Фан, специалист по електроника и компютри от хонконгския университет по наука и техника. „Но основната трудност е следната: как да направим масив от тези наноелементи във вид на полусфера, за да можем да направи полусферична ретина“.

Създаването на изпъкнала полусферична ретина е важно, понеже светлината пада върху нея след преминаването през изпъкналата леща на окото.

„Когато се опитвате да видите нещо, изображението, формирано след роговицата всъщност е изкривено“ – каза Хунрюй Цзян, специалист по електроника от университета Усконсин-Мадисън. „Ако използвате плосък сензор, то изображението няма да е фокусирано добре. Ретината трябва да е извита, но всички съвременно сензори за светлина са плоски“.

За да решат този проблем, Фан и неговите колеги са деформирали меко алуминиево фолио и са му дали полусферична форма. След това са обработили метала с помощта на електрохимичен процес, след което на повърхността се е образувал алуминиев оксид, който е изолатор. Като резултат от тези процеси се е появил материал осеян с пори с нанометров размер.

В крайна сметка се е получила малка полусфера с плътно разположени групирани миниатюрни отверстия, в които е възможно да се „отгледат“ наноелементите от перовскит. Плътността на наноелементите е много висока и е съпоставима, но всъщност е по-висока от тази на човешкото око, допълва Цзян.

Сравнение на истинското и изкуственото око

Но тук засега има едно ограничение. Изкуствената ретина има около 460 милиона светлинни сензора на един квадратен сантиметър. За сравнение човешкото око има 10 милиона рецептора на същата площ. Но в сегашната конфигурация на изкуствената ретина, всеки проводник, включен към нея, захваща информацията от няколко сензора едновременно и на практика резолюцията на това решение е колкото тази на човешкото око. Но изкуствената ретина може значително да бъде усъвършенствана.

След като изкуствената ретина е била създадена, учените я поставили в изкуствено око с изпъкнала леща отпред. Подобно на специалната течност в естествените очи, изследователите са напълнили това изкуствено око с биомиметичната версия на йонна течност – разновидност на физиологичен разтвор, в който се движат заредени частици.

В областта, запълнена с йонната течност протичат важни процеси. Когато наноелементите започнат да генерират ток, част от образувалия се заряд се поглъща от някои йони. Този електрически обмен дава възможност на малките елементи от перовскит да изпълняват необходимата електрохимична функция при попадане на светлина. Този сигнал вече може да се подаде към външната електроника за обработка на изображения.

Тестовете на така получената изкуствена очна ябълка показаха, че тя регистрира промените в осветеността по-бързо от човешкото око – приблизително за 30-40 милисекунди, а не за 40-150. Устройството може да вижда и в сумрак приблизително по същия начин, както вижда и човешкото око. Въпреки че неговият 100 градусов ъгъл на виждане не е така широк, както 150-те градуса на човешкото око, това все пак е много по-добре от 70-те градуса на обикновените плоски сензори.

Принципът на работа на изкуственото око

Но изкуственото око създава изображения с много по-голям контраст, които са и по-детайлни в краищата в сравнение с плоските оптични сензори с аналогичен брой пиксели. В известен смисъл изкуственото око подобрява естественото зрение: то може да улавя по-широк диапазон от дължини на вълните и няма сляпо петно.

Фан възнамерява да започне съвместна работа с медицинските изследователи, с които да създават очни протези на базата на новосъздаденото устройство. Но това ще изисква значително усъвършенстване и развитие на новата технология. Изкуственото око е „наистина елегантно – това е една наистина удивителна работа“ – заяви вицепрезидентът по клинични и научни въпроси в биомедицинската компания Second Sigh Джеси Дорн. „Но авторите на това изследване засега нищо не казват как изкуственото око може да бъде свързано със зрителната система на човека

Принципът на включване на изкуственото око

Джеси работи върху устройство за лечение на слепотата, което включва и протези на ретината с име Argus II казва, че разработването на електронния интерфейс е само първата стъпка. Това устройство трябва да може да взаимодейства с човешкия мозък за да може да бъдат получени изображения. Според нейните думи, това е един от най-големите проблеми – как безопасно и надеждно да бъде имплантиран необходимия интерфейс за висока резолюция и как той да бъде накаран да работи с човешката зрителна система.

Освен това, има различни видове слепота, а и дори и идеалните очи не винаги дават идеално зрение. Така например, развитието на мозъка в най-ранно детство има решаващо значение за обработването на зрителното възприятие. Ако един човек се е родил сляп, той обикновено никога не развива тази област на мозъка, необходима при използването на изкуствени очи – протези. Дорн допълва, че всички пациенти с импланта Argus II са възрастни хора, които наскоро са си изгубили зрението.

Създателите на новото изкуствено око считат, че използването на подобни бионични очи ще започне след около 10 години.

5 3 гласа5 1
Оценете статията
Абонирай се
Извести ме за
guest
0 Коментара
Отзиви
Всички коментари