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出品|网易新闻

导语:人类器官的仿生科技一直是研究领域的热点,“仿生眼”就是众多科学家的重要研究课题。我国香港科大范志勇教授团队成功研发新一代仿生眼,4.6亿感光元件超人类46倍,引起世界范围内的轰动,让“仿生眼”再次成为人们热议话题。

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我国新一代仿生眼结构示意图(来源nature)

一、仿生眼的难点在于何处?

1860年,达尔文写信给美国植物学家阿萨格雷:迄今为止,眼睛让我感到不寒而栗,但一想到那些已为人所知的精妙渐变阶段,我的理性就告诉自己,我必须克服这种不寒而栗。最初单细胞生物视觉来源于感光细胞,能够实现对光线有无的判断,到后来海洋生物进化出可变焦晶状体,能够根据距离调整视觉系统,再到人类这种更为复杂眼球结构,能够感知各种光谱,形成五彩斑斓的视觉世界。

眼睛主要包括角膜、晶状体、玻璃体、视网膜以及视觉神经等,整体呈现球形。外界事物先透过角膜和晶状体,映射到视网膜上,其中,晶状体结构类似于凸透镜,同时晶状体能够调节焦距,视网膜类似于接收影像的光屏。

视网膜是人类眼睛最为复杂结构,它主要包括感光细胞、双极细胞、神经节细胞,依次作用分别是光信号转化为电信号,分类处理电信号,传输电信号。其中,视网膜呈现半球装,能够实现广角接收光线。

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人类眼睛结构

二、中国的仿生眼有多厉害?

1、仿生眼的半球形视网膜技术

半球形视网膜是仿生眼获取图像的结构,是仿生眼中的最核心技术。首先,现在平面结构上完成视网膜的制造,再将其折叠成球形结构或者直接放入到球形支撑材料中,从而形成类似人眼视网膜结构,达到最大视觉广角150°-160°。其次,选用光学性能优越的甲酰胺碘化铅(FAPbI3)作为材料,采用气相沉积法,让其在气体状态下发生物理化学反应,最后在冷却中凝聚形成纳米微粒,最终形成光敏纳米线嵌套在支撑材料(PDMS eye socket)的结构。此外,通过控制光敏纳米线之间的距离,使其密度超过人类视网膜中的感光细胞的密度,也就实现了仿生眼分辨率超过人类眼的能力。

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人类视网膜与仿生眼视网膜结构

2、仿生眼的液体金属神经纤维技术

液体金属神经纤维能够将获取光电信号传输至处理单元,是仿生眼中的关键技术。为了获取足够分辨力,需要制作出直径尽可能小的神经纤维,我国科学家团队研发出截面积1um2的金属微型针结构,突破了神经纤维直径过大对像素的影响,该项技术是我国仿生眼的重要突破。同时,中国的仿生眼将神经纤维放置于感光材料背面,这样就不会挡住光线,避免造成光线减弱和视觉盲点,解决人类神经节细胞在感光细胞前的问题。

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仿生眼详细结构示意图(来源nature)

3、仿生眼的感光处理技术

感光处理技术将光信号转换成电信号,其处理水平将会决定仿生眼的响应速度和稳定性。首先,采用钨材料覆盖在仿生的前半球(Al shell sclera),与视网膜后半球形成闭环回路,当有光作用在光敏纳米线上,就会产生离子信号,最终产生电流信号。其次,人眼信号通过感光细胞、双极细胞,再到神经节细胞,多层传递造成了传播速度优先,而我国仿生眼直接通过所形成的测试回路电流变化,能够更快地对光信号产生反应,最快是人眼的反应速度的7倍左右。

三、仿生眼的意义何在?

相对于传统仿生眼所使用的平面视网膜结构,我国最新研发的仿生眼可以获得更广的视角,获取更接近人类视觉效果的视觉系统,在该技术面世以来,受到广泛的关注,甚至有科学家评价该技术是近几十年仿生眼技术突破最大的成果,其意义何在?

1、超级AI机器人

作为下一个风口的行业,AI机器人获得广泛关注,最为著名就是波士顿动力机器人,以其超强控制能力,实现了高度灵活运动能力,其运动能力远超人类。我国新一代仿生眼的视觉能力,能够达到超越人类视觉能力效果,若该技术能应用于AI机器人,必然能带来类似波士顿机器人运动性能的效果,在分辨力和反应速度上获得全新的进化,远超出人类眼睛的视觉能力,成为超级AI机器人。这就为AI机器人进一步走进人类社会,例如AI驾驶员、AI警察以及AI医生等领域。

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波士顿动力机器人(来源网络)

2、患者视觉医疗

全球有数亿的视觉患者,让这些患者重见光明一直是众多科学家的研究课题。我国新一代仿生眼提供更优的技术方案,能够让患者重新找回人类视觉能力,甚至超出人类视觉水平的能力。通过在脑部植入处理芯片,利用脑机接口技术,让仿生眼成为人体的一部分,发挥更强的视觉能力。未来该技术将会进行进动物实验,进行不断的技术升级,详细该技术将会成功应用于医疗中,届时仿生眼技术将为无数人带来光明,其价值意义将是空前的,也将是人类医学史的重要一页

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​医疗仿生眼应用

3、视觉设备

新一代仿生眼视觉能力,远超出了当前主流视觉设备,该技术将会在诸多视觉设备领域获得新发展。例如,应用于自动驾驶汽车,构建反应更快的视觉系统,在出现安全事故能够自动识别,更快采取措施,实现诸如紧急避障功能,为人类提供更安全的智能驾驶技术;应用于航空航天摄像,安装在外星探测器,采用紧凑结构和广视角视觉,能够为航空领域带来更强的视觉探测;应用于元宇宙,让人类不仅可以看到真实世界,而且还能进入未来元宇宙,让你在真实和虚拟中自由切换;应用于智能穿戴,为人类生活和工作提供辅助视觉支持,提升人的视觉能力。

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仿生眼视觉设备应用场景

结语:

人类从原始社会进化到现代社会,从食不饱衣不暖发展到遍地智能化的社会,科学技术进步促进人类发展,也许部分人怀疑仿生眼的未来,就像过去人类对交通工具看法,20世纪50年代人肯定无法预测到今天自动化驾驶发展,时间是验证一切技术的刻度尺,相信未来仿生眼的到来。

正如《纳瓦尔宝典》所述,“作为生命系统,我们所做的一切都是在推动宇宙加速达到热寂。”仿生眼这种智能科技,会进一步颠覆人类的观念,让世界系统更加的复杂,也许正是人类的科技,让我们进一步进入宇宙终极境界。


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