眼睛也可以人造了？这篇Nature分分钟刷新我们的认知

互推小编 2023-12-30

都说眼睛是人类心灵的窗口，通过一个人的眼睛，可以窥探到一个人丰富的内心世界。

但是，聪明的你，有没有想象过，在未来的某一天，人类可以人造眼睛，届时或许透过眼睛，将捕捉不到内心世界的信息。

人类的眼睛

人造眼这个词，常常出现在科幻作品中。通常的剧情是利用仿生眼球的机器人，连接着大脑，然后让盲人重见光明。为了实现这一伟大的梦想，科学家们一直在不懈的努力，但是，人类的眼睛是一个无比精密的装置，在制造球形眼球，特别是半球形的视网膜方面，面临着巨大的挑战。

人造眼

然而，2020年5月21日，香港科技大学顾磊磊、范智勇等人在国际顶级期刊《Nature》上的发表文章，报道了在这一领域的突破性研究进展。他们创新性的提出一种凹半球视网膜，迅速刷爆科研圈和科技圈。

Nature文章截图

人类眼睛vs人造眼

人类的视觉系统有两个眼球，用于光学传感，数百万神经纤维用于数据传输和处理数据的大脑。而人脑具有巨大的并行处理能力：大约一百万根神经纤维发出的神经电信号可以同时被处理，从而实现高速图像处理和识别。

图像被人眼捕捉并被大脑识别的示意图

下图展示了人类的眼睛和人工视觉系统的比较，人类的眼睛，包括晶状体、球形腔和半球形视网膜，而视网膜是将实物图片转换为神经电学信号的核心部件。

然而，神经纤维层位于人类视网膜的前表面，导致光的损失和盲点问题，本研究的人工视觉系统，由一个透镜，一个在半球形基底上的光电传感器阵列以及作为电触点的液态金属细线组成。

这些成分分别模仿生物学眼的晶状体，视网膜和视网膜后面的神经纤维。其中，关键成分是由高密度钙钛矿纳米线阵列构成的人造视网膜，该纳米线通过气相沉积工艺在半球形多孔氧化铝膜（PAM）内生长而得到。

人类视觉系统（a-c）和EC-EYE人造视觉系统（d-f）的比较

人造眼细节结构

在下图中，纳米线作为光敏工作电极，在铝(Al)半球形外壳上的钨(W)薄膜用作对电极，在两个电极之间，离子液体被用来填充空腔而充当电解液，模仿人眼中的玻璃体，即填充人眼中晶状体和视网膜之间空间的胶状物质。

软胶管中的软共晶镓铟液态金属线，用于在纳米线和外部电路之间的信号传输，在液态金属和纳米线之间有一个不连续的铟层，以改善接触电阻。这种布局对于纳米线的电化学操作而言是必要的。人造眼和人眼的整体结构相似性，使得顾磊磊等人的设备具备 100° 的宽视场，静态人眼的垂直视场大约为130°。

这一款人造眼，被研究者们命名为“EC-EYE”。

EC-EYE细节结构

人造眼的分辨率

我们都知道，既然把它称为人造眼，那必须要具有与人眼系统同水平的分辨率。研究者将钙钛矿的纳米线生在在曲面的基体上，使其称为一个整体，因此具有极高的结构稳定性。而纳米线的密度高达 4.6×108cm–2，这要比人类视网膜中感光细胞的密度大得多（约为 107 cm–2）。每根纳米线的信号也可以单独地获取，但目前设备中的像素是基于 3 到 4 根纳米线形成的。

研究者发明的人造眼，在结构方面，与人眼系统极度相似，视觉感受毫无违和感。但这还不是EC-EYE最强大之处，人造眼的强大之处，在于其完美的感官能力。

能获得如此高的敏感度，归功于制造纳米线的钙钛矿材料。钙钛矿化合物材料有潜力用于多种光电子和光子应用。同时，钙钛矿材料具有出色的光电特性和稳定性。