Штучне око відчуває світло швидше сьогодення

Сітківка з перовскитних фотоелементів дає зображення всього зі ста пікселів, зате реагує на світло швидше, ніж натуральне.


Спроби створити повністю штучний аналог ока робилися неодноразово, проте такі пристрої за багатьма параметрами поступалися справжньому оку. Нехай у нас є штучні світлочутливі елементи-рецептори, їх потрібно ще правильним чином розташувати. Якщо вони будуть лежати просто на рівній площині, то більша частина світла, що проходить через лінзу (штучний кришталик), буде розсіюватися. Щоб гострота такого ока була порівнянна зі справжнім, його фоторецептори повинні розташовуватися куполом - так, як у справжній сітківці, яка вистилає напівсферичний «задник» нашого ока. Округла форма ока, в якому сітківка вистилає внутрішню поверхню. Якщо ж вигнути таку пласку сітківку, то доведеться пожертвувати частиною фотоелементів - їх щільність доведеться зменшити, щоб в матриці були місця, за рахунок яких її можна було б стискати і розтягувати.


Дослідники з Гонконгського науково-технологічного університету вийшли з положення, ввівши фотоелементи в мікропори вже вигнутої мембрани-носія, зробленої з оксиду алюмінію. Це дозволило розсадити фоточутливі елементи набагато гущавіше, ніж у попередніх штучних очах: щільність фотоелементів була 4,6 108 на один квадратний сантиметр, що набагато вище, ніж щільність фоторецепторів у сітківці людського ока - близько 107 на один квадратний сантиметр. Фотоелементи являли собою нанопроводу з різновиду перовскіту, що складається з формамідину, йоду і свинцю. Рогівку і райдужну оболонку зробили з алюмінію, покритого вольфрамовою плівкою, камера між лінзою і «сітківкою», яка в звичайному оці заповнена склоподібним тілом, в штучному оці була заповнена іонним розчином, що допомагав електрохімічним реакціям в перовскітних фоторецепторах.

Роль зорового нерва грали дроти з рідкої суміші металів галію та індію, укладених у гумову оболонку. Дроти-нерви контактували з нанопроводками-фоторецепторами через індієву прокладку. І хоча теоретично дозвіл штучної сітківки має бути більшим, ніж у звичайного нашого ока (тому що щільність фоторецепторів у нього більша), насправді так не було. Справа в тому, що кожен провід-нерв був товщиною близько 700 мікрометрів і одночасно збирав сигнали від декількох фоторецепторів. Насправді, в людському оці сигнал теж почасти підсумовується і усереднюється - тому що імпульси від декількох рецепторів-паличок (але не колбочок) стікаються до однієї клітини-посередника. Тим не менш, один піксель картинки, одержуваний від штучного ока, був набагато більшим пікселя, який відправляє в мозок очей натуральний: проводів-нервів до сітківки вдалося під'єднати всього 100, так що і картинка складалася всього зі ста пікселів.

Але за іншими параметрами штучне око було цілком порівнянне з справжнім, в чомусь і перевершувало його. У статті в Nature йдеться, що поле зору у штучного ока майже така ж широка і нижня межа чутливості у нього така ж, як у природного, тобто штучне око може бачити в дуже тьмяному світлі. А ось реакція на світло у штучного ока була навіть швидшою: його фоторецептори реагували на світловий імпульс за 19,2 мілісекунди, а у вихідні статки поверталися як мінімум за 23,9 мілісекунди, незалежно від довжини світлової хвилі. У людських рецепторів на реакцію і повернення у вихідний стан йде від 40 до 150 мілісекунд. Тобто загалом штучне око на світло реагує швидше.

Як пише портал Nature, поки що незрозуміло, як довго таке око може працювати. Автори роботи кажуть, що він нормально функціонував дев'ять годин без перерви, але, взагалі кажучи, про електрохімічні пристрої відомо, що з часом вони втомлюються. Можливо, на більш довгій часовій дистанції штучне око почне бачити гірше. Але якщо око виявиться довговічним, якщо до нього вдасться під'єднати на сто проводів, а тисячу або, чого доброго, мільйон, і якщо виробляти таку перовскитну сітківку буде не так складно, як зараз (а зараз її робити дорого і довго), то подібні штучні очі незабаром можна буде побачити якщо не у людей, то хоча б у роботів.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND