Ein neues künstliches Auge ahmt menschliche Augen nach und könnte sie sogar übertreffen

Wissenschaftler können noch keinen Menschen mit bionischen Körperteilen nachbilden. Dazu fehlt ihnen die Technologie. Aber ein neues künstliches Auge bringt Cyborgs einen Schritt näher an die Realität.

Dieses Gerät, das die Struktur des menschlichen Auges nachahmt, ist etwa genauso lichtempfindlich und hat eine schnellere Reaktionszeit als ein echter Augapfel. Es verfügt zwar nicht über die Teleskop- oder Nachtsichtfähigkeiten, die Steve Austin in der Fernsehserie The Six Million Dollar Man hatte, aber dieses elektronische Okular hat das Potenzial, schärfer zu sehen als menschliche Augen, berichten Forscher in der Zeitschrift Nature vom 21. Mai.

„In Zukunft können wir dies für bessere Sehprothesen und humanoide Roboter verwenden“, sagt der Ingenieur und Materialwissenschaftler Zhiyong Fan von der Hong Kong University of Science and Technology.

Das menschliche Auge verdankt sein weites Sichtfeld und sein hochauflösendes Sehvermögen der kuppelförmigen Retina – einem Bereich auf der Rückseite des Augapfels, der mit lichterkennenden Zellen bedeckt ist.Fan und Kollegen verwendeten eine gekrümmte Aluminiumoxidmembran, die mit nanoskaligen Sensoren aus einem lichtempfindlichen Material namens Perowskit besetzt ist (SN: 26.7.17), um diese Architektur in ihrem künstlichen Augapfel nachzuahmen. Drähte, die an der künstlichen Retina befestigt sind, leiten die Messwerte dieser Sensoren an externe Schaltkreise zur Verarbeitung weiter, so wie Nervenfasern Signale von einem echten Augapfel an das Gehirn weiterleiten.

Der künstliche Augapfel registriert Veränderungen in der Beleuchtung schneller als menschliche Augen es können – innerhalb von 30 bis 40 Millisekunden, anstatt 40 bis 150 Millisekunden. Das Gerät kann auch schwaches Licht ungefähr so gut sehen wie das menschliche Auge. Das 100-Grad-Sichtfeld ist zwar nicht so breit wie die 150 Grad, die ein menschliches Auge aufnehmen kann, aber besser als die 70 Grad, die gewöhnliche Flachbildsensoren sehen.

Theoretisch könnte dieses künstliche Auge eine viel höhere Auflösung als das menschliche Auge wahrnehmen, denn die künstliche Netzhaut enthält etwa 460 Millionen Lichtsensoren pro Quadratzentimeter. Eine echte Netzhaut hat etwa 10 Millionen Licht detektierende Zellen pro Quadratzentimeter. Dazu müssten jedoch die Werte jedes einzelnen Sensors separat erfasst werden. Beim derzeitigen Aufbau ist jeder Draht, der in die synthetische Netzhaut eingesteckt wird, etwa einen Millimeter dick, so groß, dass er viele Sensoren auf einmal berührt. 100 solcher Drähte passen auf die Rückseite der Netzhaut und erzeugen Bilder mit 100 Pixeln.

Um zu zeigen, dass dünnere Drähte mit dem künstlichen Augapfel verbunden werden können, um eine höhere Auflösung zu erzielen, verwendete das Team von Fan ein Magnetfeld, um eine kleine Anordnung von Metallnadeln, die jeweils 20 bis 100 Mikrometer dick sind, einzeln an Nanosensoren auf der synthetischen Netzhaut anzubringen. „Es ist wie eine chirurgische Operation“, sagt Fan.

Die derzeitige Methode der Forscher, einzelne ultrakleine Pixel zu erzeugen, ist unpraktisch, sagt Hongrui Jiang, ein Elektroingenieur an der University of Wisconsin-Madison, dessen Kommentar zu der Studie in der gleichen Ausgabe von Nature erscheint. „Für ein paar hundert Nanodrähte ist das in Ordnung, aber was ist mit Millionen? Ingenieure werden eine viel effizientere Methode benötigen, um riesige Anordnungen winziger Drähte auf der Rückseite des künstlichen Augapfels herzustellen, um ihm eine übermenschliche Sehkraft zu verleihen, sagt er.