Et nyt kunstigt øje efterligner og kan måske overgå menneskelige øjne

Forskere kan endnu ikke genopbygge en person med bioniske kropsdele. De har ikke teknologien til det. Men et nyt kunstigt øje bringer cyborgs et skridt nærmere virkeligheden.

Denne anordning, som efterligner det menneskelige øjes struktur, er omtrent lige så følsom over for lys og har en hurtigere reaktionstid end et rigtigt øje. Den har måske ikke de teleskopiske eller nattesynsfunktioner, som Steve Austin havde i tv-serien The Six Million Dollar Man, men dette elektroniske øjenbræt har potentiale til et skarpere syn end menneskelige øjne, rapporterer forskerne i Nature af 21. maj.

“I fremtiden kan vi bruge dette til bedre synsproteser og humanoide robotter”, siger ingeniør og materialeforsker Zhiyong Fan fra Hong Kong University of Science and Technology.

Det menneskelige øje har sit brede synsfelt og højopløselige syn at takke for den kuppelformede nethinde – et område på bagsiden af øjeæblet, der er dækket af lysdetekterende celler.Fan og kolleger brugte en buet aluminiumsoxidmembran, spækket med nanostørrelsessensorer lavet af et lysfølsomt materiale kaldet perovskit (SN: 7/26/17), til at efterligne denne arkitektur i deres syntetiske øjeæble. Ledninger, der er fastgjort til den kunstige nethinde, sender aflæsninger fra disse sensorer til eksterne kredsløb til behandling, ligesom nervefibre videresender signaler fra et rigtigt øjeæble til hjernen.

Det kunstige øjeæble registrerer ændringer i belysning hurtigere end menneskelige øjne kan – inden for omkring 30 til 40 millisekunder i stedet for 40 til 150 millisekunder. Apparatet kan også se svagt lys omtrent lige så godt som det menneskelige øje. Selv om dens synsfelt på 100 grader ikke er lige så bredt som de 150 grader, som et menneskeøje kan se, er det bedre end de 70 grader, som almindelige flade billeddannende sensorer kan se.

Theoretisk set kan dette syntetiske øje opfatte en meget højere opløsning end det menneskelige øje, fordi den kunstige nethinde indeholder omkring 460 millioner lyssensorer pr. kvadratcentimeter. En rigtig nethinde har ca. 10 millioner lysdetekterende celler pr. kvadratcentimeter. Men det ville kræve separate aflæsninger fra hver enkelt sensor. I den nuværende opsætning er hver ledning, der er tilsluttet den kunstige nethinde, ca. en millimeter tyk, hvilket er så stort, at den berører mange sensorer på én gang. 100 af disse ledninger passer på bagsiden af nethinden, hvilket skaber billeder med 100 pixels.

For at vise, at tyndere ledninger kan forbindes til det kunstige øjeæble for at opnå en højere opløsning, brugte Fans hold et magnetfelt til at fastgøre en lille række metalnåle, hver 20 til 100 mikrometer tykke, til nanosensorer på den syntetiske nethinde en efter en. “Det er som et kirurgisk indgreb”, siger Fan.

Forskerens nuværende metode til at skabe individuelle ultrasmå pixels er upraktisk, siger Hongrui Jiang, en elektroingeniør ved University of Wisconsin-Madison, hvis kommentar til undersøgelsen er offentliggjort i samme nummer af Nature. “For et par hundrede nanotråde, okay, fint nok, men hvad med millioner?” Ingeniører vil have brug for en meget mere effektiv måde at fremstille store rækker af små ledninger på bagsiden af det kunstige øjeæble for at give det et overmenneskeligt syn, siger han.