Een nieuw kunstoog bootst menselijke ogen na en kan deze overtreffen

Wetenschappers kunnen nog niet iemand met bionische lichaamsdelen nabouwen. Ze beschikken niet over de technologie. Maar een nieuw kunstmatig oog brengt cyborgs een stap dichter bij de werkelijkheid.

Dit apparaat, dat de structuur van het menselijk oog nabootst, is ongeveer even gevoelig voor licht en heeft een snellere reactietijd dan een echte oogbol. Het heeft misschien niet het telescopische of nachtzicht dat Steve Austin had in de televisieshow The Six Million Dollar Man, maar dit elektronische oculair heeft wel het potentieel om scherper te zien dan menselijke ogen, melden onderzoekers in de 21 mei Nature.

“In de toekomst kunnen we dit gebruiken voor betere zichtprothesen en humanoïde robotica,” zegt ingenieur en materiaalwetenschapper Zhiyong Fan van de Hong KongUniversity of Science and Technology.

Het menselijk oog dankt zijn brede gezichtsveld en hoge-resolutie gezichtsvermogen aan de koepelvormigeretina – een gebied aan de achterkant van de oogbol bedekt met licht-detecterende cellen.Fan en collega’s gebruikten een gebogen aluminiumoxidemembraan, bezaaid met nanosensoren gemaakt van een lichtgevoelig materiaal genaamd een perovskiet (SN: 7/26/17), om die architectuur na te bootsen in hun synthetische oogbol. Draden die aan de kunstmatige oogbol zijn bevestigd, sturen de signalen van deze sensoren naar externe circuits voor verwerking, net zoals zenuwvezels signalen van een echte oogbol naar de hersenen doorsturen.

De kunstmatige oogbol registreert veranderingen in het licht sneller dan menselijke ogen kunnen – binnen ongeveer 30 tot 40 milliseconden, in plaats van 40 tot 150 milliseconden. Het apparaat kan ook zwak licht ongeveer even goed waarnemen als het menselijk oog. Hoewel het gezichtsveld van 100 graden niet zo breed is als de 150 graden die een menselijk oog kan opnemen, is het beter dan de 70 graden die zichtbaar zijn voor gewone platte beeldsensoren.

In theorie zou dit synthetische oog een veel hogere resolutie kunnen waarnemen dan het menselijk oog, omdat het kunstmatige netvlies ongeveer 460 miljoen lichtsensoren per vierkante centimeter bevat. Een echt netvlies heeft ongeveer 10 miljoen lichtgevoelige cellen per vierkante centimeter. Maar dat zou aparte metingen van elke sensor vereisen. In de huidige opzet is elke draad die in het synthetische netvlies wordt gestoken ongeveer een millimeter dik, zo groot dat hij veel sensoren tegelijk raakt. Slechts 100 van dergelijke draden passen over de achterkant van het netvlies, waardoor beelden ontstaan die 100 pixels hebben.

Om aan te tonen dat dunnere draden op de kunstmatige oogbol kunnen worden aangesloten voor een hogere resolutie, gebruikte het team van Fan een magnetisch veld om een kleine reeks metaaldraadjes, elk 20 tot 100 micrometer dik, een voor een aan nanosensoren op het synthetische netvlies te bevestigen. “Het is als een chirurgische ingreep,” zegt Fan.

De huidige methode van de onderzoekers om individuele ultrakleine pixels te maken is onpraktisch, zegt Hongrui Jiang, een elektrotechnisch ingenieur aan de Universiteit van Wisconsin-Madison wiens commentaar op de studie verschijnt in hetzelfde nummer van Nature. “Voor een paar honderd nanodraden, oké, prima, maar hoe zit het met miljoenen?” Ingenieurs zullen een veel efficiëntere manier nodig hebben om enorme arrays van minuscule draden op de achterkant van de kunstmatige oogbol te vervaardigen om het een bovenmenselijk zicht te geven, zegt hij.