材料material顶级论文：盲人的福音？神奇钙钛矿，助力高质量人造眼睛
失明给人带来巨大的痛苦和障碍 ， 但仿生眼睛面临巨大的挑战 。 本文报道了一种由高密度纳米线阵列组成的半球形视网膜电化学眼睛 ， 能够准确模拟人视网膜上的光感受器 ， 该装置设计与人眼具有高度的结构相似性 ， 演示了人眼获取图像模式的基本功能 。
视觉是人类认识世界的重要途径之一 ， 失明不但给患者带来了巨大的痛苦和严重的生活障碍 ， 还给家庭和社会带来了沉重的负担 。 人们赖以使用的眼睛具有出色的图像感应特性 ， 例如视野极广 ， 分辨率高 ， 像差低且灵敏度高等 ， 同时基于这种特性的仿生眼是非常可取的 ， 特别是在机器人和视觉假体中 。 然而 ， 球形形状和生物眼睛的视网膜构成为仿生设备的巨大挑战制造 。
近日 ， 来自香港科技大学范智勇教授等人的最新研究表明 ， 一种由高密度纳米线阵列组成的半球形视网膜电化学眼睛 ， 能够准确模拟人视网膜上的光感受器 ， 该装置设计与人眼具有高度的结构相似性 ， 当单个纳米线被电寻址时 ， 具有实现高成像分辨率的潜力 。 此外 ， 作者通过重构投影到设备上的光学图案来演示仿生设备的图像感应功能 。 这项工作可能会使得仿生光敏器件在各种技术应用中得到使用 。 相关论文以题为“A biomimetic eye with a hemispherical perovskite nanowire array retina”于北京时间5月21日发表在Nature上 。
论文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2285-x
本文插图
对于这个星球上的大多数动物来说 ， 眼睛可以说是最重要的传感器官 。 实际上 ， 我们的大脑通过眼睛获得了80％以上的周围环境信息 。 具有凹半球形视网膜和光管理成分的人眼因其特殊特性而特别引人注目 ， 包括150°-160°的宽视场(FOV)和每个线在中心凹处的高分辨率和对光学环境的良好适应性 。 特别地 ， 视网膜的圆顶形状具有通过直接补偿弯曲焦平面的像差来降低光学系统复杂性的优点 。 其中 ， 模仿人眼睛的人工视觉系统在机器人等自主技术中同样重要 ， 特别是对于类人机器人 ， 视觉系统除了具有卓越的设备特性外 ， 还应在外观上类似于人的视觉系统 ， 以实现人机交互 。 原则上 ， 模仿人类视网膜的半球形图像传感器可以实现此目标 。 但是 ， 商用电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器主要使用通过主流平面微加工工艺成形的平面器件结构构成 ， 几乎不可能制造半球形器件 。
因此 ， 作者基于气相法生长的高密度钙钛矿纳米线阵列 ， 构建了具有半球形视网膜的球形仿生电化学眼（EC-EYE）的人工视觉系统 。 其中 ， 离子液体电解质被用作纳米线的正面公共触点 ， 而液态金属线则被用作纳米线光电传感器的背面触点 ， 模仿了视网膜后方的人类神经纤维 。 器件表征表明 ， EC-EYE具有较高的响应率、合理的响应速度、较低的检测限和较宽的FOV 。 此外 ， EC-EYE还演示了人眼获取图像模式的基本功能 。 半球形人工视网膜除了与人眼结构相似外 ， 其纳米线密度远高于人眼视网膜中的光感受器 。 因此 ， 可以潜在地实现更高的图像分辨率 ， 这是通过实现单纳米线超小型光电探测器来实现的 。
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图1.人类视觉系统和EC-EYE成像系统的整体比较
【材料material顶级论文：盲人的福音？神奇钙钛矿，助力高质量人造眼睛】
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图2.EC-EYE的详细结构示意图
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