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近日，學(xué)術(shù)期刊《自然》描述了一款模仿人眼結(jié)構(gòu)的人造眼，具有獲得高分辨率圖像的潛力，有望應(yīng)用于機(jī)器人和科學(xué)儀器領(lǐng)域。《自然》評(píng)價(jià)稱(chēng)其整體性能代表了人造眼設(shè)備的一次飛躍。

人眼視野開(kāi)闊、分辨率高，而且對(duì)光高度敏感，這些優(yōu)勢(shì)大多得益于視網(wǎng)膜的圓頂形狀和其中集聚的眾多感光細(xì)胞。模仿這些特征是機(jī)器人學(xué)和人工視覺(jué)設(shè)備的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

在最新研究中，科研人員提出了一種由高密度納米線(xiàn)陣列組成的半球形人工視網(wǎng)膜，其中的納米線(xiàn)由太陽(yáng)能電池材料鈣鈦礦制成，可以模擬人類(lèi)視網(wǎng)膜上的光感受器。他們將這種視網(wǎng)膜應(yīng)用到電化學(xué)眼睛中，后者能夠執(zhí)行獲取圖像模式的基本功能。

這項(xiàng)研究由香港科技大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程學(xué)系范智勇團(tuán)隊(duì)、美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系和美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部的研究人員合作完成。第一作者是香港科技大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程學(xué)系顧磊磊（Leilei Gu）。

圖1：仿生人造眼

研究人員表示，這種裝置可以通過(guò)重構(gòu)人造眼觀(guān)察到的圖片（字母“E”“I”和“Y”）“看見(jiàn)”對(duì)象。

實(shí)驗(yàn)中的概念驗(yàn)證裝置分辨率較低，因?yàn)榧{米線(xiàn)陣列只有100像素，每個(gè)像素含3條納米線(xiàn)。但研究人員認(rèn)為，他們的設(shè)計(jì)有可能獲得比人眼更好的分辨率，因?yàn)榧{米線(xiàn)的密度可以增加到人眼光感受器的10倍以上。

圖2：人造眼的詳細(xì)結(jié)構(gòu)

《自然》為這篇論文刊發(fā)的新聞評(píng)論稱(chēng)，這款人造眼對(duì)人眼結(jié)構(gòu)的模仿令人印象深刻，但真正讓它從眾多人造眼設(shè)備中脫穎而出的原因是，它的許多感官能力比天然視網(wǎng)膜更有優(yōu)勢(shì)。

例如，這款人造視網(wǎng)膜可以探測(cè)到大范圍的光強(qiáng)度，從每平方厘米0.3微瓦到50微瓦。在最低測(cè)量強(qiáng)度下，人造視網(wǎng)膜上的每根納米線(xiàn)平均每秒可檢測(cè)86個(gè)光子，與人類(lèi)視網(wǎng)膜光感受器的靈敏度相當(dāng)。

在早前的人工視網(wǎng)膜中，光傳感器通常先在平坦、堅(jiān)硬的基底上制造，然后被轉(zhuǎn)移到彎曲的支撐面上，或者折疊成彎曲的形狀。這一過(guò)程限制了光傳感器成像單元的密度，因?yàn)樾枰A(yù)留空間以便轉(zhuǎn)移或折疊。

但在這款最新的人工視網(wǎng)膜中，納米線(xiàn)被直接放置在曲面上，可以彼此更緊密地排列在一起。設(shè)計(jì)中，人造視網(wǎng)膜的納米線(xiàn)密度高達(dá) 4.6×10^8/平方厘米，遠(yuǎn)高于人眼視網(wǎng)膜中的光感受器密度（約10 ^7/平方厘米）。

圖3：人眼視覺(jué)系統(tǒng)與人造電子眼成像系統(tǒng)的綜合比較

“顧和同事設(shè)計(jì)的人造眼的整體性能代表了這類(lèi)設(shè)備的一次飛躍，但仍有許多工作要做?！?《自然》評(píng)價(jià)稱(chēng)，為提高視網(wǎng)膜的分辨率，需要減小液態(tài)金屬絲的尺寸。目前，液態(tài)金屬絲的外徑約為700微米，但理想情況下，應(yīng)該達(dá)到幾微米的尺度。此外，還需要更多測(cè)試來(lái)確定人工視網(wǎng)膜的使用壽命。