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香港科大设计出世界首个3D人工眼球,比人眼望得更远更明了

时间:2020/10/16  点击量:142

  来源:中国科普博览

  眼睛是人类最主要的传感器官之一,议决视觉,人才能感知外界物体的大幼、明黑、颜色、动静,获得对机体生存具有主要意义的各栽新闻。人类大脑中,大约有80%的知识和记忆都是议决眼睛获取的,视觉是人和动物最主要的感觉。

  视觉这样主要,失明不光会给患者带来主要的生活窒碍,还给家庭和社会带来沉重的义务。

  益新闻是,由香港科技大学(HKUST)科学家领导的国际团队开发出了世界上首款3D人工眼,这款‘电化学仿生眼’,首次复制了人眼的弯面组织,为视觉类人机器人和视力窒碍患者带来了新期待。

图片来源:http://ngdsb.hinews.cn/html/2008-03/16/content_7684.htm图片来源:http://ngdsb.hinews.cn/html/2008-03/16/content_7684.htm

  令人益奇的是,人工眼球真的能让盲人像平常人相通望清世界吗?它又是怎样做事的呢?这总计,还要从眼球的组织说首。

  不是所有的人工眼,都能让人望清世界

  要晓畅人工眼,先要晓畅真实眼球的组织。

  眼睛有三层外套,由三个透明的组织包覆著构成。最外层由角膜和巩膜构成,中心的一层由脉络膜、睫状体、和虹膜构成。最内层是视网膜,如同从眼膜弯率镜望见的视网膜血管,它从脉络膜的血管获得循环。在这些外套内的是房水、玻璃体和软韧的晶状体。

  房水又称水样液,是一栽清新的液体,包含在两个区域:晶状体袒露的区域、角膜和虹膜中心的刻下房。透明的细纤维构成睫状体悬吊韧带 (睫状幼带),将晶状体悬吊首来。玻璃体、眼后房是比刻下房大的清新胶状物,位置在晶状体的后面和其余的地区,包覆在巩膜、幼带和晶状体的周围。

  眼球的组织吾们已经晓畅了,那眼睛是如何带来了视觉呢?

  视觉是议决眼睛批准外界环境中必定频率周围内的电磁波刺激,经中枢相关片面进走编码添工和分析后获得的主不都雅感觉。从内心上来说,人的眼球是议决对光进走逆答,从而获得视觉的。

  人的眼球可分为感光细胞(视杆细胞和视锥细胞)的视网膜和折光体系(角膜、房水、晶状体和玻璃体)两片面。光议决折光体系在视网膜上成像,经视神经传入到大脑视觉中枢,就能够分辨所望到的物体的色泽和分辨其亮度,从而能够望清视觉周围内的发光或逆光物体的轮廓、形状、大幼、颜色、远近和外貌细节等情况。

视觉的形成原理视觉的形成原理  人眼的视野大约是向外95°、向内60°、向上60°、向下75°。视神经的弱点或是盲点位于颞部12–15°、程度向下1.5°处,大约是7.5°高和5.5°宽。人眼的视野大约是向外95°、向内60°、向上60°、向下75°。视神经的弱点或是盲点位于颞部12–15°、程度向下1.5°处,大约是7.5°高和5.5°宽。

  从眼球的结议和视觉形成过程来望,人工眼球最关键的技术就是视网膜。科学家们不息致力于创造出媲美人类的视网膜,实现真实的仿生视觉。

  不过,原由球形人眼的弯面太难模仿,现在在医院操纵的由平面集成电路芯片实现的人工眼睛只能模拟片面人类视网膜,以挑供暧昧的视觉造就。科学家们已经消耗了数十年的时间来尝试复制生物眼睛的结议和清新度,但是现有义眼所挑供的视觉(主要是议决外部电缆连接的眼镜的形态)在2D平面图像传感器的分辨率下照样很差。

  世界上首款3D人工眼是如何做事的?

  随着技术的发展,香港科技大学(HKUST)科学家领导的国际团队开发出了一款3D人工眼,这款‘电化学仿生眼’用纳米线和外部电子电路在弯面上实现了高密度传感器,首次复制了人眼的弯面组织。

  这款电化学眼最主要的突破,是创造了一个3D立体人工视网膜。这款人工视网膜上装有大量纳米线感光器,三级片老汉推车用来模拟人类视网膜中的感光细胞。在实验中,团队以液态金属线模拟人类眼球后的神经线,将纳米线感光器与人工半球形视网膜后面一束束的金属线连接在一首,成功复制了视觉讯号的传输,将电化眼所望到的影像投射到了计算机屏幕上。

 电化学眼做事过程 电化学眼做事过程 电化学仿生眼电化学仿生眼 科大研发的电化学仿生眼(EC-Eye)的组织科大研发的电化学仿生眼(EC-Eye)的组织

  人工视网膜,远远不止“望见清明”这么浅易

  人工视网膜不光能够挽救盲人的视力,它的功能比人眼更强化盛。

  最先,它清除了视觉盲点的题目。原由人眼的视神经是在视网膜前方,人眼感光细胞所搜集到的讯号,会先荟萃在视网膜的一点,再从视网膜前哨去后传送到大脑,倘若一个物体的像刚益落在这个点上就会望不到,称为盲点。

盲点形成暗示图盲点形成暗示图

  这个题目,电化学眼就能够解决。在人工视网膜上,原由每个散布在上面的感光器,都可自力透过其后方连接的液态金属线将讯号传送至大脑,无需经过视网膜的某一点,所以清除了盲点的题目。

  不光这样,电化学眼还有许众开了外挂的功能,比如夜视和红外。吾们都晓畅,人眼在夜里是望不到的,但电化学眼只要操纵分别的原料来挑高感光器的敏感度及可视光谱周围,就能够拥有夜视等功能。

  除此之外,就像吾们望视频分为高清和非高清的分辨率,电化学眼也能够实现更高成像分辨率。钻研人员将传感器之间的距离缩短到3微米,在人工视网膜上的传感器是真人眼睛的30倍,而原由纳米线感光器在人工视网膜的密度比人类视网膜中的感光细胞更高,倘若异日每个纳米线感光器都能与视觉神经线连接,人工视网膜将能批准更众光讯号,能够比人类视网膜具有更高解像度的潜力。

  更严害的是,与其他仿生眼相比,这个新开发的电化学眼不必外设电池。3D人工眼的运作原理涉及一栽太阳能电池中的电化学逆答程序。原则上,人工视网膜上的每个感光器都能够像纳米太阳能电池相通,将光能转化为电能维持死板运作。经进一步改良,电化学眼可成为能自吾供电的图像传感器,用作人工眼科义体时,无需仰仗外部电源或电路,与现时的技术相比,将更为方便行使。

  这栽电化学眼,异日不光能够已足视力受损者的必要,还能够行使于医疗机器人中,实现照顾病人等一系列的功能。

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