Uusi keinotekoinen silmä jäljittelee ihmissilmiä ja voi päihittää ne

Tiedemiehet eivät voi vielä rakentaa ketään uudelleen bionisilla ruumiinosilla. Heillä ei ole teknologiaa. Mutta uusi tekosilmä tuo kyborgit askeleen lähemmäs todellisuutta.

Tämä ihmissilmän rakennetta jäljittelevä laite on suunnilleen yhtä herkkä valolle ja reagoi nopeammin kuin oikea silmämuna. Siinä ei ehkä ole teleskooppi- tai yönäköominaisuuksia, joita Steve Austinilla oli The Six Million Dollar Man -televisiosarjassa, mutta tämä elektroninen silmälaite pystyy näkemään terävämmin kuin ihmissilmät, tutkijat raportoivat Nature-lehdessä 21. toukokuuta.

”Tulevaisuudessa voimme käyttää tätä parempiin näköproteeseihin ja humanoidirobotiikkaan”, sanoo insinööri ja materiaalitutkija Zhiyong Fan Hongkongin tiede- ja teknologiayliopistosta.

Ihmissilmä on velkaa laajan näkökenttänsä ja korkearesoluutioisen näkökykynsä kupolimuotoiselle verkkokalvolle – valoa havaitsevien solujen peittämälle alueelle silmämunan takaosassa.Fan ja kollegat käyttivät synteettisessä silmämunassaan tätä arkkitehtuuria jäljitelläkseen kaarevaa alumiinioksidikalvoa, joka on täynnä nanokokoisia perovskiitiksi kutsutusta valoherkästä materiaalista valmistettuja antureita (SN: 7/26/17). Keinotekoiseen verkkokalvoon kiinnitetyt johdot lähettävät näiltä antureilta saadut lukemat ulkoiselle piirille käsiteltäväksi, aivan kuten hermokuidut välittävät signaaleja oikeasta silmämunasta aivoihin.

Tekokehollinen silmämuna rekisteröi valaistuksen muutokset nopeammin kuin ihmissilmät pystyvät – noin 30-40 millisekunnissa 40-150 millisekunnin sijasta. Laite näkee myös hämärän valon suunnilleen yhtä hyvin kuin ihmissilmä. Vaikka sen 100 asteen näkökenttä ei ole yhtä laaja kuin ihmissilmän 150 astetta, se on parempi kuin tavallisilla litteillä kuvantamisantureilla näkyvä 70 astetta.

Teoriassa tämä synteettinen silmä voisi havaita paljon korkeamman resoluution kuin ihmissilmä, koska keinotekoinen verkkokalvo sisältää noin 460 miljoonaa valosensoria neliösenttimetriä kohden. Oikealla verkkokalvolla on noin 10 miljoonaa valoa havaitsevaa solua neliösenttimetriä kohden. Tämä edellyttäisi kuitenkin erillisiä lukemia jokaiselta tunnistimelta. Nykyisessä kokoonpanossa jokainen synteettiseen verkkokalvoon kytketty johto on noin yhden millimetrin paksuinen, joten se on niin suuri, että se koskettaa useita antureita kerralla.Vain 100 tällaista johtoa mahtuu verkkokalvon takaosaan, jolloin syntyy kuvia, joissa on 100 pikseliä.

Näyttääkseen, että ohuemmat johdot voitaisiin liittää keinotekoiseen silmämunaan korkeamman resoluution saavuttamiseksi, Fanin ryhmä käytti magneettikenttää kiinnittäessään pienen joukon metallineuloja, kukin 20-100 mikrometrin paksuisia, synteettisellä verkkokalvolla oleviin nanosensoreihin yksi kerrallaan. ”Se on kuin kirurginen operaatio”, Fan sanoo.

Tutkijoiden nykyinen menetelmä yksittäisten ultrapienten pikseleiden luomiseksi on epäkäytännöllinen, sanoo Wisconsin-Madisonin yliopiston sähkötekniikan insinööri Hongrui Jiang, jonka kommentti tutkimuksesta ilmestyy Nature-lehden samassa numerossa. ”Muutama sata nanopiirtoa, okei, hyvä, mutta entä miljoonat?” Hänen mukaansa insinöörit tarvitsevat paljon tehokkaamman tavan valmistaa keinotekoisen silmämunan takapuolelle laajoja pienten johtojen joukkoja, jotta se saisi yli-inhimillisen näkökyvyn.