【新浪科技综合】领域突破:中国科学家发明纳米线仿生眼球,活体实验计划已提上日程新浪科技综合2020-08-14 14:31:130阅( 二 )
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图4/9图|眼科疾病患者人数和市场规模（来源：刘利剑 & 范智勇）可见 ， 当前全盲、半盲和视觉残障人士对仿生眼有着非常急切的需求 。
人工视网膜是 “仿生眼” 的核心部件 ， 对于一些与老龄化相关的疾病 ， 比如因视网膜内的视细胞退化不能产生有效的电刺激 ， 进而无法产生神经信号 ， 当前的解决方法是 ， 把人工视网膜贴到人的视网膜的前面或者后面 ， 用电极或光电探测器替代视细胞产生电刺激 ， 进而产生神经信号 ， 最终传递到大脑 。 但是 ， 当前国内眼科类手术中所使用的技术和设备基本上都来自国外 ， 我国的原创技术较少 。 更重要的是 ， 即使是国外的器件 ， 手术后视觉恢复效果也并不好 。
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图5/9图|主要眼科疾病市场规模（来源：刘利剑 & 范智勇）范智勇希望 ， 他们的研究可以帮助这些眼病患者修复视网膜甚至取代整个眼球 ， 同时也希望他们做出的仿生眼具有同等甚至超越人眼的功能 。 实验数据显示 ， 目前他们做出的仿生眼 ， 响应速度比人眼快一倍 ， 最高分辨率可达人眼的 6 倍 ， 且这一半导体器件的灵敏度还可以继续提高 。
在与中国内地和中国香港的医生认真讨论后 ， 他们将纳米线阵列放在视网膜前面或后面 ， 通过纳米线阵列本身产生的电压信号或电流信号来刺激人体受损的感光细胞 。
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图6/9图|仿生视网膜（蓝色）、离子液体和液态金属纤维构成球形 “仿生眼”（来源：范智勇）如果眼球已经完全坏掉 ， 他们将来会采取脑机接口等更激进的方法 ， 直接使用人工眼替代眼球 ， 通过金属导线与金属电极阵列相连 ， 贴在视神经中枢上 ， 形成直接刺激 。
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图7/9图|全眼球替换方案（来源：范智勇）目前 ， 美国和德国开发的人工视网膜 ， 由于效果差、费用高 ， 实际采用的人比较少 。 “仿生眼的材料成本很低 ， 其实可以忽略不计 ， 但目前在美国或德国做一次的成本大概为 100 万人民币 ， 我们有信心把这个数字降低 。 ” 范智勇说 。
增强视觉的“隐形眼镜”或最早获得应用
尽管已经实现了技术上的突破 ， 也得到了业界专家的高度认可 ， 但在顾磊磊看来 ， 这一研究还处于非常早期的阶段 ， 仍需进一步开展大量的基础工作 。 “之前的工作只是相当于把架子搭起来 ， 建立一个模型 ， 内部的材料、器件结构还没优化 ， 目前还只是黑白色的成像效果 ， 仍需继续添加人眼可观察的红绿蓝和动物能看到的紫外线和红外线 。 ”
顾磊磊表示 ， 用于机器的仿生眼理论上的分辨率可以做得很大 ， 只需提高纳米线的密度就可以 ， 但目前后端电极部分的密度还不够大 ， 像素的总体密度也不够大 ， 成像分辨率还不够高 ， 之后可以把电极做小、做细 。 另外 ， 在算法层面 ， 如果有足够多的像素点 ， 就会产生足够量的数据 ， 但如何有效收集、如何高效处理这些数据 ， 还需要在 AI 算法方面继续做优化 ， 从而达到或超过人眼水平；如果要作为人工视网膜植入人眼 ， 他们还需要测试改进材料的生物相容性和电化学稳定性 ， 目前正在准备开展相关的动物实验 。
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图8/9图|范智勇团队示范电化学仿生眼的运作原理（来源 ：香港科技大学）范智勇也认为 ， 人人都能佩戴仿生眼的时刻 ， 还远未到来 。
“也许大概在 10 年之后 ， 我们就可以通过佩戴类似于隐形眼镜一样的器件获得视觉增强的功能 ， 可以看到红外线、紫外线 ， 可以获得高分辨率、高解析度的图像 ， 但要实现人人都可移植仿生眼的科幻梦 ， 还需要很长时间 ， 即使在技术上得以实现 ， 也还需要考虑一些法律、法规问题 。 ”
如今 ， 他们已经制定了一个 10 年计划 ， 5 年内完成体外实验和动物实验 ， 之后 5 年完成人体实验 。 至于成本 ， 范智勇认为 ， 将取决于他们在未来 10 年中投入了多少资金 ， 有多少人使用这项技术 ， 而后者又取决于这项技术相比于美国和德国的技术是否更好用 ， “用的人多了 ， 单个成本也就低了 。 当然 ， 我们可能会成功 ， 也可能会失败 。 ”
但正是顾磊磊近几年在这一领域做出的基础性研究成果 ， 让我们离实现仿生眼这一科幻梦更接近了一些 。
“我来自不足 300 人的小山村”
顾磊磊出生在一个不足三百人的小山村 ， 在他的印象里 ， 那里有山无水、有草无路 。 “我的求学生涯开始于一座小庙改成的小学里 ， 三个年级的二十个人挤在一个小教室里上课 ， 教室与戏台共用一个院子 ， 每年村里唱大戏时 ， 因为院子会被来看戏的观众占满 ， 我们就会被迫停课 。 ” 但就算这样 ， 顾磊磊还是冲出了小山村来到了上海 ， 在复旦大学完成了 7 年的学生生涯 。
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