的人类的眼睛它是一种复杂的仪器:图像通过球体前面的弯曲透镜进入，然后通过它的粘稠的玻璃状液体到达感光视网膜——视网膜将信号传递给视神经，然后将图像传递给大脑。近十年来，工程师们一直试图复制这种结构。现在，一种新的人工眼睛成功地模仿了这种天然仪器的球形形状。研究人员希望这一成就能够带来更清晰的机器人视觉和假肢设备。一篇关于发展的论文周三发布的在自然．

这项研究建立在这样一个事实之上:钙钛矿是一种用于太阳能电池的导电光敏材料，可以用来制造长度为千分之几毫米的极细纳米线。香港科技大学电子和计算机工程师范志勇是这项研究的合著者，他说，这些电线模仿了眼睛又长又薄的感光细胞的结构。“但难点在于:我们如何在半球形基底上制造纳米线阵列，以形成半球形视网膜?””他补充道。构建弯曲的视网膜非常重要，因为光只有在通过弯曲的晶状体后才会照射到视网膜。“当你试图成像某物时，透镜后形成的图像实际上是弯曲的，”威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)的电子工程师姜洪瑞(Hongrui Jiang)说。他审阅了这篇新论文，但没有直接参与这项工作。“如果你的传感器是平面的，那么图像就不能非常清晰地聚焦。”视网膜是弯曲的，但电子光传感器是刚性和扁平的。

为了解决这个问题，范和他的同事将软铝箔变形成半球形。然后，他们用电化学方法处理这种金属，将其转化为一种叫做氧化铝的绝缘体。这一过程还使材料布满了纳米级的孔隙。结果，研究人员得到了一个弯曲的半球，上面有方便的密集聚集的孔，他们可以在孔中“生长”钙钛矿纳米线。“纳米线的密度非常高，”Jiang说。“这是可以比较的——实际上它甚至比人眼的光感受器密度还要高。”

一旦它们有了弯曲的“视网膜”，科学家们就会把它整合到一个前面有一个弯曲晶状体的人造眼睛中。受到真实眼睛中的特殊液体的启发，该团队用离子液体填充了仿生眼，离子液体是一种带电粒子可以移动的液体盐。范说:“我们用离子液体填充的腔内是一个非常重要的部件。”“一旦这些纳米线产生电荷，电荷就会与一些离子交换。”这种电交换使得钙钛矿纳米线可以执行检测光的电化学功能，并将信号发送到外部图像处理电子设备。

当该团队测试这种人造眼睛时，它成功地在19毫秒内处理光的模式，这是人眼所需时间的一半。它产生的图像对比度更大，边缘更清晰，比像素数量相似的平面图像传感器产生的图像更清晰。在某些方面，人工眼改善了自然视力:它能捕捉到更大范围的波长，而缺乏视觉盲点．

范希望与医学研究人员合作，根据他的团队的设计制造假肢设备。然而，这样做可能需要更多的开发。这只人工眼睛“真的很优雅;这看起来是一项了不起的工作，”生物医学公司Second Sight的临床和科学事务副总裁杰西·多恩说，他没有参与这项研究。“但(该研究的作者)没有讨论它如何可能与人类视觉系统联系起来。”她研究失明治疗设备，包括视网膜假体他指出，开发电子接口只是第一步。这样的设备需要与人脑相互作用才能产生图像。“这是一个更大的挑战:如何安全可靠地植入任何一种高分辨率接口，然后与人类视觉系统一起工作。”

此外，失明有不同的类型，完美的眼睛不一定能产生完美的视力。例如，大脑在婴儿期和儿童期的发育对处理视觉输入至关重要，因此一个天生失明的人在以后的生活中可能永远不会有通过假眼看东西所需的大脑连接。多恩指出，接受Argus II植入的都是较晚失明的成年人。甚至他们也有不同程度的成功:一些人只获得了分辨光影的能力，而另一些人则可以处理形状。尽管如此，她说任何与环境的视觉联系都可以导致更多的独立性和更大的行动自由。而且假眼并不是人工眼睛唯一有价值的应用:这种设备可以立即应用于机器人视觉。

“对许多光学工程师来说，模仿自然眼睛一直是一个梦想，”江说。他指出，一些研究人员试图模仿哺乳动物的眼睛，而另一些研究人员则在研究类似昆虫的复合眼睛。他补充说，这个领域终于开始有了真正的突破。“我认为在大约10年内，我们应该会看到这些仿生眼睛的一些非常具体的实际应用。”