Искусственный глаз чувствует свет быстрее настоящего
Сетчатка из перовскитных фотоэлементов даёт изображение всего из ста пикселей, зато реагирует на свет быстрее, чем натуральная.
Попытки создать полностью искусственный аналог глаза предпринимались неоднократно, однако такие устройства по многим параметрам уступали настоящему глазу. Пусть у нас есть искусственные светочувствительные элементы-рецепторы, их нужно ещё правильным образом расположить. Если они будут лежать просто на ровной плоскости, то большая часть света, проходящая через линзу (искусственный хрусталик), будет рассеиваться. Чтобы острота такого глаза была сопоставима с настоящим, его фоторецепторы должны располагаться куполом – так, как в настоящей сетчатке, которая выстилает полусферический «задник» нашего глаза. Округлая форма глаза, в котором сетчатка выстилает внутреннюю поверхность. Если же изогнуть такую плоскую сетчатку, то придётся пожертвовать частью фотоэлементов – их плотность придётся уменьшить, чтобы в матрице были места, за счёт которых её можно было бы сжимать и растягивать.
Исследователи из Гонконгского научно-технологического университета вышли из положения, введя фотоэлементы в микропоры уже изогнутой мембраны-носителя, сделанной из оксида алюминия. Это позволило рассадить фоточувствительные элементы намного гуще, чем в предыдущих искусственных глазах: плотность фотоэлементов была 4,6 × 108 на один квадратный сантиметр, что гораздо выше, чем плотность фоторецепторов в сетчатке человеческого глаза – около 107 на один квадратный сантиметр. Фотоэлементы представляли собой нанопровода из разновидности перовскита, состоящей из формамидина, йода и свинца. Роговицу и радужную оболочку сделали из алюминия, покрытого вольфрамовой плёнкой, камера между линзой и «сетчаткой», которая в обычном глазу заполнена стекловидным телом, в искусственном глазу была заполнена ионным раствором, помогавшим электрохимическим реакциям в перовскитных фоторецепторах.
Роль зрительного нерва играли провода из жидкой смеси металлов галлия и индия, заключённых в резиновую оболочку. Провода-нервы контактировали с нанопроводками-фоторецепторами через индиевую прокладку. И хотя теоретически разрешение искусственной сетчатки должно быть больше, чем у обычного нашего глаза (потому что плотность фоторецепторов у него больше), на деле так не было. Дело в том, что каждый провод-нерв был толщиной около 700 микрометров и одновременно собирал сигналы от нескольких фоторецепторов. На самом деле, в человеческом глазу сигнал тоже отчасти суммируется и усредняется – потому что импульсы от нескольких рецепторов-палочек (но не колбочек) стекаются к одной клетке-посреднику. Тем не менее, один пиксель картинки, получаемый от искусственного глаза, был намного крупнее пикселя, который отправляет в мозг глаз натуральный: проводов-нервов к сетчатке удалось подсоединить всего 100, так что и картинка состояла всего из ста пикселей.
Но по другим параметрам искусственный глаз был вполне сопоставим с настоящим, в чём-то и превосходил его. В статье в Nature говорится, что поле зрения у искусственного глаза почти такое же широкое и нижний предел чувствительности у него такой же, как у естественного, то есть искусственный глаз может видеть в очень тусклом свете. А вот реакция на свет у искусственного глаза была даже быстрее: его фоторецепторы реагировали на световой импульс за 19,2 миллисекунды, а в исходное состояние возвращались как минимум за 23,9 миллисекунды, независимо от длины световой волны. У человеческих рецепторов на реакцию и возврат в исходное состояние уходит от 40 до 150 миллисекунд. То есть в целом искусственный глаз на свет реагирует быстрее.
Как пишет портал Nature, пока что неясно, как долго такой глаз может работать. Авторы работы говорят, что он нормально функционировал девять часов без перерыва, но, вообще говоря, про электрохимические устройства известно, что со временем они устают. Возможно, на более долгой временной дистанции искусственный глаз начнёт видеть хуже. Но если глаз окажется долговечным, если к нему удастся подсоединить на сто проводов, а тысячу или, чего доброго, миллион, и если производить такую перовскитную сетчатку будет не так сложно, как сейчас (а сейчас её делать дорого и долго), то подобные искусственные глаза в скором времени можно будет увидеть если не у людей, то хотя бы у роботов.
