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港科大创新半球型人工合成眼底黄斑,首例彻底重现人的眼睛的仿生眼面世

贾浩楠 只想说 凹非寺量子位 报导 | 微信公众号 QbitAI

「科学研究为人们产生光辉」,这话早已已不是一个形容了。

5月21日,Nature公布了一项香港城市大学和UC伯克利大学的协同科研成果:选用仿生技术半球形视网膜结构的电子器件仿生眼EC-EYE。

EC-EYE的外型和內部都和人的眼睛高宽比类似,一样具备镜片(眼睛晶体)、正离子液(玻璃体)、感光列阵(视网膜)、输电线(眼睛神经)等重要结构。

半球型人工视网膜是一个极大的提升,在这以前,仿生眼科学研究只局限性在仿真模拟相机原理的平面图显像,但其实际效果比不上人们自身的半球形视网膜。

Nature点评此项成效:「提升了过去效仿照相机或虫类复眼的相近科学研究,在医药学和别的行业真实完成了可行性分析」,可能在将来的十几年此项技术性就可以走入大家生活起居中。

EC-EYE总体结构

EC-EYE与人们的目光结构毫无二致,由镜片(眼睛晶体)、正离子液(玻璃体)、感光列阵(视网膜)、输电线(眼睛神经)构成。

眼镜片与人工视网膜(焦距)融合在前侧。后边的人工视网膜与前边的半球形机壳融合在一起,产生一个球型内腔(即 “目光”)。

前半球形机壳由里衬灯丝的铝膜做成。腔内充满了一种仿真模拟玻璃体的离子液体,这类液體是添充镜片和视网膜中间的凝胶体。被作为视网膜上纳米技术感光器的前端开发公共性接触点。

液态金属(共晶镓-铟铝合金)做成细而有延展性的输电线,密封性在软橡胶软管中,将纳米管感光器的数据信号传送到外界电源电路开展信号分析,效仿联接人的眼睛和人的大脑的交感神经。

在液态金属线和纳米管中间有一层铟,能够提升彼此之间的电触碰。

人工视网膜由一个由硅高聚物做成的底座固定不动,以保证输电线和纳米技术感光点中间的恰当对合。

EC-EYE和人的眼睛中间的总体结构相似度促使它有着100°的开阔视线。比较之下,静态数据人的眼睛的竖直视场大概为130°。

重要自主创新:人工半球形视网膜

人们的球型视网膜结构当然地降低了越过眼睛晶体的光的散射,进而使镜头焦距更为清楚。

这类结构还能够立即赔偿来自于弯折焦平面的像差,减少光学电子系统的多元性。它是照相机的平面图显像结构无可比拟的优点。

效仿人们的双眼对人工视觉识别系统十分关键。非常是针对人形机器人而言,其视觉识别系统除开具备优异的机器设备特点外,还应当和人的外型类似,以完成人机对战友善互动交流。

而科技人员一直无法找到适合的原材料来仿真模拟这类结构。

现阶段产品化的正电荷藕合元器件(CCD)和相辅相成氢氧化物半导体材料(CMOS)光学镜头,关键选用流行的平面图超微粒制作工艺,制成品只有是平面图结构。

而EC-EYE的重要自主创新取决于选用了密度高的的纳米技术感光原材料列阵。

这类纳米技术感光原材料应用甲脒碘化铅成键的钙钛矿(formamidinium lead iodide perovskite)做成。

钙钛矿原材料最引人注意的特点其奇妙的光学特性。有机化学-无机物成键钙钛矿原材料具备很高的消光系数、长载流子使用寿命,较为高并且平衡的载流子电子密度、低缺点浓度值、浅缺点电子能级、高莹光量子产率、低激子拘束能等优势,特别适合用以各种各样半导体材料。

△图d为人工视网膜行为主体,e为嵌入在其中的纳米复合材料感光点,f为甲脒碘化铅成键钙钛矿单晶体结构。

EC-EYE人工视网膜的纳米技术感光点相对密度为 4.6×108cm-2,远超人们视网膜感光相对密度(约为107cm-2),因而能够完成高些的分辩率。

EC-EYE的仿生技术视网膜光敏感性范畴为每立方厘米0.3微瓦-50毫焦。最少的光抗压强度下,每一个纳米技术感应器能够检验到86个光子美容,与人们的视网膜非常。且对可见光谱内全部頻率的光都比较敏感。

接纳光刺激性后的短短的19.2ms内做出回应,随后在23.9ms内修复到未活动状态,这比人的眼睛视网膜中感光体细胞 40-150ms的回应和修复时间较短得得多。

显像设备

液态金属线根据线路板联接到由计算机系统控制的100×1波分复用器。

检测系统的设计图纸及相对的电路原理图下所显示。

测试流程:根据将电子光学图案设计投影到EC-EYE上,对图象传感技术作用开展检验,并纪录各感应器清晰度的光电流。

下面的图显示信息了被显像的标识符’A’以及在平面图上的投射。

与根据横结构的平面图光学镜头对比,EC-EYE显像具备高些的饱和度和更清楚的边沿。

由于每一个单独的清晰度与邻近的清晰度交界更显著。

除此之外设备还包含一个小的光电催化光学镜头与磁微针美容触碰,与别的电子光学构件一起拼装成一个针孔摄像机。磁微对于准技术性也很好地适用全部半球形表层。

现阶段这类纳米技术感光列阵仅有10×10个像素数,像素数中间存有200μm空隙,这代表着,这类感应器的光检验地区仅有 3mm。

降低液态金属线的直徑是现阶段此项工作中遭遇的较大挑戰。

现阶段这类液态金属无线传输数据输电线的直径为 700 μm,因而只有完成每 3-4 个感应器联接一根液态金属输电线。

而理想化情况下液态金属输电线的直徑应当与纳米管的直徑(约1微米)非常,那样才可以完成每一个感应器联接一根输电线,做到高些的屏幕分辨率。

但是即便有一些有缺憾,但不可置否它是仿生眼产品研发的重特大发展。

Nature强调,仿生眼并不是效仿数码相机,只是效仿人们繁杂的目光结构和人机交互技术。此项研究室获得的发展,使大家坚信,将来 10 年能亲眼看到仿生眼在日常生活中的规模性运用。

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