經過測試，該人工視網膜的光敏感度效果與人類的視網膜幾乎相當。同時，它的感光細胞比人眼視網膜的響應和恢復時間要短得多。
在科幻電影里經常出現這樣的場景：擁有仿生眼的智能機器人可以實現對目標的遠距離精準打擊；視覺受損的盲人，通過植入仿生眼就能完全恢復視力……不要以為這只是編劇天馬行空的想象，實際上，科學家們一直致力于打造如電影中那樣理想化的仿生視覺裝置，并且已經取得了一些進展。
高性能的仿生眼，必須要以優秀的人工視網膜為基礎。近日，中國香港科學家聯合美國科研團隊開發出一款高密度半球型人工視網膜。研究人員表示，由該人工視網膜組裝的EC-EYE仿生眼，首次在外觀上成功模仿了人眼，某些指標理論上能與人眼媲美。前不久，該成果以論文形式發表于國際學術期刊《自然》上。
視網膜是人眼看清世界的關鍵
眼睛是地球上絕大部分生物重要的感覺器官，對于人類來說尤其重要。據了解，人類所獲取的環境信息中，有大約80%來自于眼睛。
光從外界進入眼球，經過角膜、晶狀體、玻璃體，再聚焦到視網膜，視網膜將獲得的信息轉換成生物電信號，通過視神經傳導到大腦皮層，大腦會自動解析信號生成圖像，這就是視覺形成的整個過程。
人眼所具備的寬廣視域、高分辨率和高感光度等特性，很大程度上得益于視網膜。據了解，人眼的視網膜面積雖然還不到5平方厘米，但上面卻有1.37億個感光細胞，其中1.3億個是桿狀的視桿細胞，用以感覺弱光和黑白視像；700萬個是錐體狀的視錐細胞，用以感覺強光和彩色視像。
福建醫科大學醫學技術與工程學院眼視光學系副主任黃焱指出，從醫學角度來看，如果把人的眼球比作一臺相機，角膜是鏡頭，視網膜就像是底片。視網膜上的圖像信號傳到大腦中，就能形成人的腦海中的視覺印象。
但是，人的眼球又不同于相機，人眼中的圖像與外界環境也并不是像照鏡子一樣的簡單映射關系。正常人的左右眼受大腦調控，能夠保持一定的位置關系，可以獲取全方位、多角度的不同圖像片段，再經過大腦融合生成統一的環繞立體圖像；動態環境中，甚至快速奔跑的狀態下，人眼依舊可以獲取穩定的圖像；此外，人眼還具備自適應光線能力，不論光線強度如何，都能夠自動進行亮度適應。
凹半球形狀解決仿生眼圖像聚焦難題
當前造成大部分患者失明的主要原因就是視網膜退行性病變。一旦視網膜受損，人眼就無法接收光線信息，無法產生視覺信號。仿生眼能否幫助人“看清世界” 的關鍵之一，就在于是否能模擬精密的人眼視網膜結構。
人眼視網膜構成十分復雜，尤其是視網膜的凹半球形狀，歷來是仿生眼研制難以突破的一大難題。
人眼的晶狀體呈彎曲狀，光線通過晶狀體后會發生彎曲，這樣形成的圖像通常是曲面的，人眼視網膜恰好可以對曲面圖像進行完美捕捉，但以往的視覺裝置是利用平面傳感器來捕捉曲面圖像，無法對圖像進行完整聚焦，部分區域會模糊不清。
本次中美研究者發明的半球型人工視網膜通過制造成凹半球形狀，成功解決了圖像無法聚焦的難題。
在制造過程中，他們使用了一種鈣鈦礦光敏納米線扮演“感光細胞”，通過將其緊密排布在半球狀襯底上來模擬人眼視網膜的構成。
經過測試，該人工視網膜的光敏感度效果與人類的視網膜幾乎相當。同時，它還能在接受光刺激后的19.2毫秒內作出響應，并在23.9毫秒內恢復到原來的狀態，這比人眼視網膜中感光細胞40—150毫秒的響應和恢復時間要短得多。
全面替代人眼還有很長的路要走
那么這種仿生眼可以完美替代人眼嗎？答案是否定的。
黃焱指出，正常人眼感光細胞能夠感受到的發光點約100萬個左右，這些發光點能夠組成清晰的圖像。而人工視網膜雖然可以達到相應的性能指標，但是穩定性還難以保障。
此次引發轟動的仿生眼獲取圖像的能力雖然有了大幅提升，但是仿生眼傳輸的電子信號，與人眼的生物信號并不完全一致，二者無法實現充分轉化，對中樞神經的刺激效果也有所不同。目前的研究還沒有完全破解大腦處理生物信號的工作機制，所以人工視網膜何時才能完全替代人眼視網膜，還是個未知數。
此外，由于電化學設備的性能會隨著時間的流逝而下降，所以人工視網膜也需要更多的測試來完善，以延長使用壽命。
雖然不能完全替代人眼，但是“在不考慮體積、功耗的情況下，仿生眼的部分性能可以遠遠超過人眼，例如極限視覺距離、顯微視覺能力、紅外觀測能力等”，中國科學院上海微系統與信息技術所仿生視覺實驗室主任張曉林說，人工視網膜雖然還無法讓失明患者完全恢復視覺，但至少能做到讓他們識別物體模糊形狀等， 一定程度上方便患者的日常生活。
同時，張曉林指出，雖然仿生眼在醫學領域的應用還有待大力推廣，但是在智能機器人開發方面，仿生眼與人工智能芯片的結合已經成功開展應用。例如工業流水線上的機器人，可以在快速移動的傳送帶上準確地抓取物品。另外，仿生眼還有望應用于無人駕駛、無人機導航、體育賽事全自動跟拍等領域，讓未來的機器人更加智能。
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人造視覺裝置并非適合所有盲人
科學家曾研制出模擬人眼功能的視覺裝置，不需要角膜、晶狀體、玻璃體這些結構，而是直接利用攝像頭獲取圖像信息，然后由無線發射器將圖像傳送到眼球表面的人工視網膜上，并轉換為電脈沖信號，通過電極刺激視覺神經傳送信號到大腦。
例如，2010年， 一家名為“第二視覺”的公司把一種叫做“阿格斯II型”的人造視覺裝置植入68歲英國退休工程師埃里克·塞爾比的右眼。此前，該患者因視網膜重度受損而失明了近20年，手術后，患者可以依稀“辨識”出人行道等部分場景。
但值得注意的是，那些先天性視覺受損以及長期失明導致視覺神經萎縮的盲人，并不適合安裝這類裝置。
此外，這項技術達到的效果，也只是讓患者擁有簡單的光感，看到類似打了“馬賽克”的黑白世界，缺乏鮮明的自然色彩，無法達到正常人眼所捕獲的圖像質量。“經過一定的訓練后，患者才能從背景里分辨出一些簡單物體，比如看到3個點，并且能同時移動，則可能意味著眼前的東西是三角形?！秉S焱說。
本報記者 謝開飛 通訊員 張 橋
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