南開大學(xué)驗證具有感覺的人造智能角膜
角膜是眼睛的“鏡頭”,據(jù)統(tǒng)計,全球約有上千萬人因角膜疾病失明,角膜移植是治療這類疾病的有效方法。但由于角膜供體有限,許多需要角膜移植的患者只能在黑暗里等待。近日,南開大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院徐文濤教授團隊設(shè)計并概念驗證了一種具有感覺的人造智能角膜,讓人造角膜距離人類原生角膜更近了一步。 角膜看起來薄而透明,實際上是身體神經(jīng)最密集的部分,當(dāng)外物觸摸角膜時,會引起不自主的眼瞼閉合反射(角膜反射)。近年來,研究人員開發(fā)的Boston型和MICOF型等多種類型的人造角膜已經(jīng)應(yīng)用于臨床治療,這些人造角膜可以承擔(dān)人類原生角膜的保護和光折射等功能,但不具備觸覺感知能力,無法實現(xiàn)角膜反射。因此,開發(fā)具有感覺的人造智能角膜,對解決角膜供體緊缺、治療角膜疾病具有重要意義。 ![]() 人造角膜反射弧與人類原生角膜反射弧 徐文濤教授團隊研發(fā)的人造智能角膜,通過人造反射弧重建“原生感覺”。團隊分別以傳感器振蕩電路、氧化鋅錫(ZTO)纖維基人造突觸和電致變色器件作為感受器、處理核心和效應(yīng)器,實現(xiàn)了對外界機械和光刺激的編碼、信息處理以及透射光的調(diào)節(jié)。團隊使用數(shù)字對準(zhǔn)的ZTO纖維作為人造突觸的溝道,探究出了調(diào)控長、短程突觸可塑性的新方法。ZTO纖維不僅長而連續(xù)、綠色無毒、成本低廉、光學(xué)性能優(yōu)異(透過率>99.89%,霧度<0.36%),而且晶體結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)可調(diào),進而可定制長、短程突觸可塑性,并應(yīng)用于聯(lián)想學(xué)習(xí)和加密通信。 ![]() 徐文濤教授介紹,團隊已經(jīng)將人造智能角膜裝備于機器人進行概念驗證,它不僅可以模仿眼輪匝肌的收縮,像人類原生角膜一樣具有保護、觸覺感知和光折射功能,并且拓展了光感知和環(huán)境交互能力,為眼睛在光強度不斷變化的環(huán)境中提供了額外的自適應(yīng)保護,比人類原生角膜和傳統(tǒng)人造角膜更加智能。 “未來,經(jīng)優(yōu)化后的成熟人造智能角膜在神經(jīng)修復(fù)和視覺康復(fù)方面具有廣泛的應(yīng)用前景!毙煳臐淌谡f。 |