Το πρώτο 3D τεχνητό μάτι

Διεθνής ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής ερευνητές του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας του Χονγκ Κονγκ (HKUST) ανέπτυξε το πρώτο τρισδιάστατο τεχνητό μάτι στον κόσμο. Ο τεχνητός αυτός οφθαλμός υπερέχει όλων των υπαρχόντων βιονικών ματιών ενώ σε κάποιες περιπτώσεις ξεπερνά σε δυνατότητες ακόμη και το ανθρώπινο μάτι. Το νέο επίτευγμα υπόσχεται να προσφέρει «υπεράνθρωπη» όραση ακόμη και τη νύχτα, να χαρίσει όραση στα ανθρωποειδή ρομπότ ενώ επίσης δίνει ελπίδα σε ασθενείς με προβλήματα όρασης.

Επί δεκαετίες οι επιστήμονες προσπαθούν να αντιγράψουν τη δομή και την ευκρίνεια του ανθρώπινου οφθαλμού. Ωστόσο η όραση που παρέχουν οι υπάρχοντες τεχνητοί οφθαλμοί – οι οποίοι στην πλειονότητά τους έχουν τη μορφή γυαλιών συνδεδεμένων με εξωτερικά καλώδια – είναι χαμηλής ανάλυσης με δισδιάστατους επίπεδους αισθητήρες των εικόνων.

Το Ηλεκτροχημικό Μάτι

Το νέο τεχνητό μάτι που αναπτύχθηκε από τους ειδικούς του HKUST και τους συνεργάτες τους ονομάζεται Ηλεκτροχημικό Μάτι (Electrochemical Eye, EC-Eye) και αντιγράφει για πρώτη φορά με κάθε λεπτομέρεια τη δομή ενός φυσικού ματιού. Εκτιμάται ότι θα μπορεί να προσφέρει στο μέλλον οξύτερη όραση από τα ανθρώπινα μάτια με επιπλέον δυνατότητες, όπως η ικανότητα ανίχνευσης της υπέρυθρης ακτινοβολίας στο σκοτάδι.

Το στοιχείο-«κλειδί» που χαρίζει στο ΕC-Eye τέτοιες δυνατότητες είναι ο 3D αμφιβληστροειδής χιτώνας που διαθέτει ο οποίος είναι φτιαγμένος από μια συστοιχία φωτοαισθητήρων φτιαγμένων από νανοκαλώδια που μιμούνται τους φωτοϋποδοχείς του ανθρώπινου αμφιβληστροειδούς. Ο τρισδιάστατος αυτός αμφιβληστροειδής αναπτύχθηκε από τον καθηγητή Ζιγιόνγκ Φαν και τον δρα Λέιλέι Γκου του Τμήματος Ηλεκτρονικής Μηχανικής και Μηχανικών Υπολογιστών στο HKUST.

Οι ερευνητές συνέδεσαν τους φωτοαισθητήρες από νανοκαλώδια με καλώδια υγρού μετάλλου τα οποία είχαν τον ρόλο των νεύρων, πίσω από τον τεχνητό ημισφαιρικό αμφιβληστροειδή που δημιούργησαν. Κατάφεραν έτσι να αντιγράψουν τη μεταφορά του οπτικού σήματος ώστε να αντικατοπτρίζει αυτό που το μάτι έβλεπε σε μια οθόνη υπολογιστή. Στο μέλλον, οι φωτοαισθητήρες από νανοκαλώδια θα μπορούν να συνδέονται απευθείας με τα νεύρα ασθενών που εμφανίζουν βλάβες στην όραση.

Υπεροχή έναντι του ανθρώπινου ματιού

Το νέο τεχνητό τρισδιάστατο μάτι εμφανίζει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με το ανθρώπινο. Στον ανθρώπινο οφθαλμό οι δέσμες των οπτικών ινών που είναι απαραίτητες για τη μετάδοση του οπτικού σήματος στον εγκέφαλο διαπερνούν τον αμφιβληστροειδή χιτώνα μέσω ενός πόρου με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα τυφλό σημείο στην όραση. Οι φωτοαισθητήρες του τεχνητού οφθαλμού είναι όμως διάσπαρτοι σε ολόκληρο τον τεχνητό αμφιβληστροειδή και ο καθένας τους μπορεί να μεταδώσει σήματα μέσω του καλωδίου υγρού μετάλλου που διαθέτει. Με τον τρόπο αυτό καταργείται το τυφλό σημείο στην όραση αφού τα νανοκαλώδια δεν περνούν όλα από ένα σημείο.

Επιπλέον, καθώς τα νανοκαλώδια έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα από τους φωτοϋποδοχείς του ανθρώπινου ματιού, ο τεχνητός αμφιβληστροειδής μπορεί να λαμβάνει περισσότερα σήματα και πιθανώς να επιτυγχάνει καλύτερη ανάλυση των εικόνων σε σύγκριση με τον ανθρώπινο αμφιβληστροειδή. Εκτιμάται επίσης ότι με χρήση διαφορετικών υλικών τα οποία θα αυξάνουν την ευαισθησία των αισθητήρων, το τεχνητό μάτι θα επιτύχει στο μέλλον να διαθέτει λειτουργίες όπως η νυχτερινή όραση.

Η ερευνητική ομάδα του HKUST η οποία χρειάστηκε εννέα ολόκληρα χρόνια για την ανάπτυξη του τρισδιάστατου τεχνητού ματιού συνεργάστηκε με ειδικούς του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ στη συγκεκριμένη μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature».

Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές, όπως ανέφερε ο επικεφαλής τους καθηγητής Φαν είναι «να βελτιώσουμε περαιτέρω την απόδοση, τη σταθερότητα και τη βιοσυμαβότητα της συσκευής μας».

Σαν μια νανο-ηλιακή κυψέλη

Η φιλοσοφία πίσω από το νέο τεχνητό μάτι βασίζεται σε μια ηλεκτροχημική διαδικασία την οποία υιοθετεί ένας τύπος ηλιακής κυψέλης. Θεωρητικώς, κάθε φωτοαισθητήρας του τεχνητού αμφιβληστροειδούς μπορεί να λειτουργήσει ως μια νανο-ηλιακή κυψέλη. Με κάποιες περαιτέρω τροποποιήσεις, το EC-Eye μπορεί να γίνει ένας αισθητήρας εικόνων ο οποίος θα αυτοτροφοδοτείται με ενέργεια χωρίς να χρειάζεται κάποια εξωτερική πηγή ενέργειας. Το γεγονός αυτό αναμένεται να τον καταστήσει πολύ πιο εύκολο στη χρήση σε σύγκριση με τους υπάρχοντες τεχνητούς φωτοαισθητήρες που χρησιμοποιούνται σε άτομα με προβλήματα στην όραση.