Nové bionické oko by mohlo vidieť lepšie ako my

Schopnosť prinavrátiť zrak nevidiacim je jedným z najhlbších činov liečiteľského liečenia, ktoré možno dosiahnuť, pokiaľ ide o vplyv na život postihnutého pacienta - a jedným z najťažšie dosiahnuteľných opatrení pre modernú medicínu. Môžeme obnoviť videnie v obmedzenom počte scenárov a na trhu sú niektoré skoré bionické oči, ktoré dokážu obnoviť obmedzené videnie vo veľmi špecifických scenároch. Vedci mohli urobiť dramatický krok k zmene v budúcnosti, a to s výsledkami nového experimentu zameraného na návrh bionickej sietnice.

Dotknutý výskumný tím má publikoval príspevok v príroda podrobne opisujúca konštrukciu pologuľovitej sietnice postavenej z nanodrôtov s vysokou hustotou. Sférický tvar sietnice bol historicky hlavnou výzvou pre biomimetické zariadenia.

Svetlo vstupuje do oka cez šošovku, ktorá je zakrivená - čo znamená, že svetlo, ktoré dopadá na sietnicu, už bolo zakrivené. Keď ho nasnímate pomocou plochého snímača, existuje skutočný limit toho, do akej miery je možné obraz zaostriť. Vyzerá to, že by vám mohla špičková AI pomôcť, ale množstvo procesného výkonu dostupného v zadnej časti ľudskej očnej gule je obmedzené a požiadavka na latenciu videnia je do značnej miery nulová. Prípadne by sme mohli vyriešiť problém s pologuľou. To urobil Zhiyong Fan, elektronický a počítačový inžinier na hongkonskej univerzite pre vedu a technológiu, a zvyšok výskumného tímu.

Začali s hemisférou z hliníkovej fólie (ako to robí človek). Elektrochemickým spracovaním sa fólia transformovala na izolátor známy ako oxid hlinitý a v rámci celej služby sa nechala posiata pórom v nanometri. Tieto husto zoskupené otvory sa stali kanálmi pre perovskitové nanodrôty, ktoré napodobňujú funkciu samotnej sietnice. Perovskit sa používa na výrobu solárnych článkov. Akonáhle nanodrôty narástli, vedci zakryli oko umelou šošovkou a naplnili ju iónovou tekutinou, aby napodobnili sklovitý humor v našej očnej gule.

Táto iónová kvapalina je pre tento proces dôležitá, pretože umožňuje nanovodičom detekovať svetlo a prenášať jeho signály do externej elektroniky na spracovanie obrazu.

Výkon umelého oka je pôsobivý. Pretože to nie je obmedzené biologickými parametrami našej vlastnej šošovky, môže reagovať na vlnové dĺžky svetla až 800 nm. Ľudský vizuálny rozsah končí okolo 740 mm; farby nad touto vlnovou dĺžkou sa nám zdajú čierne. Keby sme videli na 800 nm, videli by sme do blízkeho infračerveného pásma (považovaného za 750 - 1400 nm). Čas spracovania pre svetelné vzory je ~ 19 ms, čo je polovica času ľudského oka. Zníženie reakčnej rýchlosti oka na 19 ms by mohlo skrátiť celkový reakčný čas človeka - a ostrenie obrazu a celková čistota umelého oka boli lepšie ako tie, ktoré vytvára očná guľa Mark I Eyeball.

Poznámka: Nečítajte to ako komentár k podstate snímkových frekvencií a k tomu, či ľudia vidia nad určitú hranicu snímkovej frekvencie. Namerané doby odozvy a zotavenia na ľudskom oku sa pohybujú od 40 ms do 150 ms. Priemerný celkový reakčný čas človeka je medzi 200ms a 250ms. Výnimoční jedinci niekedy prekročia tieto rýchlosti; 150ms reakčné časy nie sú neznáme.

Stručne povedané, táto umelá sietnica vidí vo viacerých ohľadoch lepšie ako my, a pokiaľ viem, je to vôbec prvýkrát, čo bolo niečo podobné postavené. Novej sietnici dokonca chýba mŕtvy uhol.

Dlhá cesta vpred

ako Scientific American podrobnosti , je ešte veľa práce, kým bude možné systém ako je tento integrovať do funkčného zariadenia. Systémy ako Second Sight (spoločnosť, ktorej sme sa už predtým venovali, prepojené nižšie) sa integrujú priamo do mozgu. Táto umelá sietnica nie. Jedná sa o umelú sietnicu over-of-concept, ktorú možno jedného dňa nasadiť do bionického oka, za predpokladu, že bude možné prekonať súčasné problémy.

Prekonanie týchto problémov bude ťažké. Ľudský vizuálny systém nie je fotoaparát, aj keď ho možno koncepčne opísať podobnými slovami. Myšlienka, že by sme mali úžitok z funkcií, ktoré senzor ponúka, implicitne predpokladá, že ho dokážeme pripojiť k mozgu dostatočne hladko, aby sa tieto výhody mohli prejaviť. Pretože existujú rôzne formy slepoty, riešenia, ktoré fungujú pre jeden typ, nemusia fungovať pre iný. Slepota spôsobená poškodením mozgu je nepravdepodobné, že by vám tento druh riešenia pomohol - ani bezchybné umelé oko nám nedovolí vrátiť zrak každému jednotlivému človeku.

Napriek tomu je tu dlhodobý potenciál obrovský. Je to menej ako desať rokov, čo sa na trh dostali prvé umelé snímače s nízkym rozlíšením v odtieňoch sivej. Teraz sa snažíme prísť na to, ako vybudovať vierohodne nadštandardný systém a pripojiť ho k back-endu servera, ak omilostíte metaforu. Dúfajme, že v nasledujúcom desaťročí uvidíme ďalšie pokroky v tejto oblasti.