Ett nytt konstgjort öga efterliknar och kan överträffa mänskliga ögon

Vetenskapsmännen kan ännu inte bygga om någon med bioniska kroppsdelar. De har inte tekniken. Men ett nytt artificiellt öga för cyborger ett steg närmare verkligheten.

Denna anordning, som efterliknar det mänskliga ögats struktur, är ungefär lika känslig för ljus och har en snabbare reaktionstid än en riktig ögonglob. Den kanske inte har samma teleskopiska eller nattliga synförmåga som Steve Austin hade i TV-serien The Six Million Dollar Man, men denna elektroniska ögonkikare har potential för skarpare syn än mänskliga ögon, rapporterar forskare i Nature den 21 maj.

”I framtiden kan vi använda detta för bättre synproteser och humanoida robotar”, säger Zhiyong Fan, ingenjör och materialforskare vid Hong Kong University of Science and Technology.

Människans öga har sitt breda synfält och sin högupplösta syn att tacka för den kupolformade näthinnan – ett område på baksidan av ögongloben som är täckt av ljusdetekterande celler.Fan och kollegor använde ett böjt aluminiumoxidmembran, späckat med nanostorlekssensorer av ett ljuskänsligt material som kallas perovskit (SN: 7/26/17), för att efterlikna den arkitekturen i sin syntetiska ögonglob. Ledningar som är fästa vid den konstgjorda näthinnan skickar avläsningar från dessa sensorer till externa kretsar för bearbetning, precis som nervtrådar vidarebefordrar signaler från en riktig ögonglob till hjärnan.

Den konstgjorda ögongloben registrerar förändringar i belysningen snabbare än vad människoögon kan göra – inom 30-40 millisekunder, i stället för 40-150 millisekunder. Den kan också se svagt ljus ungefär lika bra som det mänskliga ögat. Även om dess synfält på 100 grader inte är lika brett som de 150 grader som ett mänskligt öga kan ta in, är det bättre än de 70 grader som är synliga för vanliga platta bildsensorer.

Teoretiskt sett skulle detta syntetiska öga kunna uppfatta en mycket högre upplösning än det mänskliga ögat, eftersom den konstgjorda näthinnan innehåller cirka 460 miljoner ljussensorer per kvadratcentimeter. En riktig näthinna har cirka 10 miljoner ljusdetekterande celler per kvadratcentimeter. Men det skulle kräva separata avläsningar från varje sensor. I den nuvarande installationen är varje tråd som ansluts till den syntetiska näthinnan ungefär en millimeter tjock, vilket är så stort att den berör många sensorer samtidigt. 100 sådana trådar får plats på baksidan av näthinnan, vilket skapar bilder med 100 pixlar.

Fan använde ett magnetfält för att visa att tunnare trådar skulle kunna anslutas till den konstgjorda ögongloben för att få högre upplösning, och använde ett magnetfält för att fästa en liten rad metallnålar, var och en 20 till 100 mikrometer tjock, på nanosensorer på den syntetiska näthinnan, en efter en. ”Det är som ett kirurgiskt ingrepp”, säger Fan.

Forskarnas nuvarande metod för att skapa enskilda ultrasmå pixlar är opraktisk, säger Hongrui Jiang, en elektroingenjör vid University of Wisconsin-Madison, vars kommentar till studien publiceras i samma nummer av Nature. ”För några hundra nanotrådar är det okej, men hur är det med miljontals?” Ingenjörer kommer att behöva ett mycket effektivare sätt att tillverka stora kedjor av små trådar på baksidan av den konstgjorda ögongloben för att ge den en övermänsklig syn, säger han.