香港科大设计出世界首个3D人工眼球，比人眼看得更远更清楚

一同

楼主 一同说：
今日头条今日头条打开
香港科大设计出世界首个3D人工眼球，比人眼看得更远更清楚

中国科普博览
中国科普博览
10月15日 · 中国科普博览官方账号
关注
出品：科普中国

制作：韩培

监制：中国科学院计算机网络信息中心

眼睛是人类最重要的传感器官之一，通过视觉，人才能感知外界物体的大小、明暗、颜色、动静，获得对机体生存具有重要意义的各种信息。人类大脑中，大约有80%的知识和记忆都是通过眼睛获取的，视觉是人和动物最重要的感觉。

视觉如此重要，失明不但会给患者带来严重的生活障碍，还给家庭和社会带来沉重的负担。

好消息是，由香港科技大学(HKUST)科学家领导的国际团队开发出了世界上首款3D人工眼，这款「电化学仿生眼」，首次复制了人眼的曲面结构，为视觉类人机器人和视力障碍患者带来了新希望。

香港科大设计出世界首个3D人工眼球，比人眼看得更远更清楚
△图片来源：http://ngdsb.hinews.cn/html/2008-03/16/content_7684.htm

令人好奇的是，人造眼球真的能让盲人像正常人一样看清世界吗？它又是怎样工作的呢？这一切，还要从眼球的结构说起。

不是所有的人工眼，都能让人看清世界

要了解人工眼，先要了解真正眼球的结构。

眼睛有三层外套，由三个透明的结构包覆著组成。最外层由角膜和巩膜组成，中间的一层由脉络膜、睫状体、和虹膜组成。最内层是视网膜，如同从眼膜曲率镜看见的视网膜血管，它从脉络膜的血管获得循环。在这些外套内的是房水、玻璃体、和柔韧的晶状体。

房水又称水样液，是一种清澈的液体，包含在两个区域：晶状体暴露的区域、角膜和虹膜中间的眼前房。透明的细纤维组成睫状体悬吊韧带 （睫状小带），将晶状体悬吊起来。玻璃体、眼后房是比眼前房大的清澈胶状物，位置在晶状体的后面和其余的地区，包覆在巩膜、小带和晶状体的周围。

香港科大设计出世界首个3D人工眼球，比人眼看得更远更清楚
△图片来源于参考文献1 ，由作者翻译

眼球的结构我们已经知道了，那眼睛是如何带来了视觉呢？

视觉是通过眼睛接受外界环境中一定频率范围内的电磁波刺激，经中枢有关部分进行编码加工和分析后获得的主观感觉。从本质上来说，人的眼球是通过对光进行反应，从而获得视觉的。

人的眼球可分为感光细胞（视杆细胞和视锥细胞）的视网膜和折光系统（角膜、房水、晶状体和玻璃体）两部分。光通过折光系统在视网膜上成像，经视神经传入到大脑视觉中枢，就可以分辨所看到的物体的色泽和分辨其亮度，从而可以看清视觉范围内的发光或反光物体的轮廓、形状、大小、颜色、远近和表面细节等情况。

香港科大设计出世界首个3D人工眼球，比人眼看得更远更清楚
△视觉的形成原理

香港科大设计出世界首个3D人工眼球，比人眼看得更远更清楚
△人眼的视野大约是向外95°、向内60°、向上60°、向下75°。视神经的缺陷或是盲点位于颞部12–15°、水平向下1.5°处，大约是7.5°高和5.5°宽。

图片来源： https://medium.com/@nuralchoudhury/fui-yes-fui-7802862b1e01

从眼球的结构和视觉形成过程来看，人造眼球最关键的技术就是视网膜。科学家们一直致力于创造出媲美人类的视网膜，实现真正的仿生视觉。

不过，由于球形人眼的曲面太难模仿，目前在医院使用的由平面集成电路芯片实现的人工眼睛只能模拟部分人类视网膜，以提供模糊的视觉效果。科学家们已经花费了数十年的时间来尝试复制生物眼睛的结构和清晰度，但是现有义眼所提供的视觉(主要是通过外部电缆连接的眼镜的形式)在2D平面图像传感器的分辨率下仍然很差。

世界上首款3D人工眼是如何工作的？

随着技术的发展，香港科技大学(HKUST)科学家领导的国际团队开发出了一款3D人工眼，这款「电化学仿生眼」用纳米线和外部电子电路在曲面上实现了高密度传感器，首次复制了人眼的曲面结构。

这款电化学眼最主要的突破，是创造了一个3D立体人造视网膜。这款人造视网膜上装有大量纳米线感光器，用来模拟人类视网膜中的感光细胞。在实验中，团队以液态金属线模拟人类眼球后的神经线，将纳米线感光器与人造半球形视网膜后面一束束的金属线连接在一起，成功复制了视觉讯号的传输，将电化眼所看到的影像投射到了计算机屏幕上。

香港科大设计出世界首个3D人工眼球，比人眼看得更远更清楚
△电化学眼工作过程

图片来源于参考文献2，由作者翻译

香港科大设计出世界首个3D人工眼球，比人眼看得更远更清楚
△电化学仿生眼

图片来源于参考文献1

香港科大设计出世界首个3D人工眼球，比人眼看得更远更清楚
△科大研发的电化学仿生眼（EC-Eye）的结构

图片来源于参考文献1

人造视网膜，远远不止“看见光明”这么简单

人造视网膜不仅可以拯救盲人的视力，它的功能比人眼更加强大。

首先，它消除了视觉盲点的问题。由于人眼的视神经是在视网膜前面，人眼感光细胞所收集到的讯号，会先聚集在视网膜的一点，再从视网膜前方往后传送到大脑，如果一个物体的像刚好落在这个点上就会看不到，称为盲点。

香港科大设计出世界首个3D人工眼球，比人眼看得更远更清楚
△盲点形成示意图

图片来源于参考文献3， 由作者翻译

这个问题，电化学眼就可以解决。在人造视网膜上，由于每个散布在上面的感光器，都可独立透过其后方连接的液态金属线将讯号传送至大脑，无需经过视网膜的某一点，因而消除了盲点的问题。

不仅如此，电化学眼还有很多开了外挂的功能，比如夜视和红外。我们都知道，人眼在夜里是看不到的，但电化学眼只要使用不同的材料来提高感光器的敏感度及可视光谱范围，就可以拥有夜视等功能。

除此之外，就像我们看视频分为高清和非高清的分辨率，电化学眼也可以实现更高成像分辨率。研究人员将传感器之间的距离缩小到3微米，在人造视网膜上的传感器是真人眼睛的30倍，而由于纳米线感光器在人工视网膜的密度比人类视网膜中的感光细胞更高，如果将来每个纳米线感光器都能与视觉神经线连接，人工视网膜将能接受更多光讯号，可以比人类视网膜具有更高解像度的潜力。

更厉害的是，与其他仿生眼相比，这个新开发的电化学眼无须外设电池。3D人造眼的运作原理涉及一种太阳能电池中的电化学反应程序。原则上，人造视网膜上的每个感光器都可以像纳米太阳能电池一样，将光能转化为电能维持机械运作。经进一步改良，电化学眼可成为能自我供电的图像传感器，用作人造眼科义体时，无需依靠外部电源或电路，与现时的技术相比，将更为方便应用。

这种电化学眼，将来不但可以满足视力受损者的需要，还可以应用于医疗机器人中，实现照顾病人等一系列的功能。

参考文献：

1、HKUST Scientists Develop World's First Spherical Artificial Eye with 3D Retina

http://www.ust.hk/news/research-and-innovation/hkust-scientists-develop-worlds-first-spherical-artificial-eye-3d

2、Artificial eye boosted by hemispherical retina，Gu，L.，Poddar，S.，Lin，Y. et al. A biomimetic eye with a hemispherical perovskite nanowire array retina. Nature 581，278-282 (2020).

https：//doi.org/10.1038/s41586-020-2285-x31

3、Human Factors: The Blind Spot

http://learntoflyblog.com/2017/01/09/human-factors-the-blind-spot/

香港科大设计出世界首个3D人工眼球，比人眼看得更远更清楚
打开“今日头条”阅读全文
相关推荐
打开今日头条看更多
她22岁嫁给华谊总裁，27岁为陈冠希生女，名模秦舒培真厉害
垣杰  3条评论
杨利伟上太空为啥要带把手枪？前苏联曾有过先例，为各国敲响警钟
林小木Vlog  76条评论
血栓不是突然到来，患上血栓的人，晚上常常有四个共同点
医学原创故事会  40条评论
Lisa进阶版，国内网红颜值TOP，如今脸也馒化不能看了？
更美  21条评论
大快人心！沈佳欣公开质问钟南山院士，被官方抹去头像禁言15天
念寒娱评  2021条评论
热门讨论
打开今日头条看更多
小郭说机
小郭说机
高平市高远科贸有限公司丹河路店店长 优质科技领域创作者
关注
今天听到一位朋友说穷人都是用苹果手机，我一下蒙了，苹果价格可不便宜啊，但是他解释了一下，说我买苹果手机五年才换一个，之前还是用的苹果6S，六千多买的，用来五年，每年也就一千多，这么算也对啊，实际怎么说呢，苹果的使用年限确实是毋庸置疑的，五年前的6S依然很流畅，PK现在一千多安卓手机，并且苹果手机很保
转发492216
中医肿瘤王医生
中医肿瘤王医生
关注
西医大夫患癌之后的肺腑之言：“西医是救命的，中医是活命的” 我是不相信中医的，中医怎么能治疗癌症？但是我老婆是相信的，中药是我老婆找中医肿瘤专家王兴邦教授给我配的。我自己是西医，我不相信中医能治疗癌症，我想癌症病人第一个就是开刀，第二个就是化疗、放疗。 我这个癌肿有10公分大呢，有10公分*6公
转发226367
九九情感老师
九九情感老师
关注
两性交往，女生在男生面前容易“掉价”，甚至会被抛弃的几个行为！建议你不要碰！ 第一，急着推进进度 认识不长时间，记者和对方发生关系，或者认识不久就把结婚视为目标，这样会给对方很大压力。 第二，什么事都拍照 不管吃什么都会给对方发个照片，做什么事都会给对方以照片方式汇报？热恋期的他可能喜欢这样
转发027
中国第一财经
中国第一财经
关注
公开资料显示：这位叫沈佳欣的女子是某知名影视公司旗下的艺人，注册信息为流行歌手、演员。 她发表的针对钟院士的恶意言论，很大成分上是想博取公众的眼球，是为了炒作。她这种没有道德底线的恶意攻击行为，深深的伤害了广大中国人民对钟院士的感情，必须接受舆论的谴责和惩罚。我个人觉得对他采取禁言15天的处罚，太轻
转发945
我叫田芳
我叫田芳
关注
有的人认为清华北大没有诺奖就不算世界一流吧。问题来了，如果可以选择，他愿意去有11个诺奖的伯明翰大学还是新加坡国立大学呢？ 中国几乎没有若贝尔奖，假如只排诺贝尔奖，估计惨不忍睹，三位数以后。 尤其是科学奖项，很多时候都是三人同获的。而且一个人并不是只算在一个学校，一个人本科在a校，执教在b校，两校都
转发6822
精彩视频
打开今日头条看更多
明明是同一个妈生的，姜大卫、尔冬升、秦沛为何三人三姓？
04:47
连城谈娱  68万次播放
宇宙7级文明到底有多可怕？原来人类竟如此渺小！
04:37
科学旅行号  557万次播放
“人种实验” 纳粹史上最疯狂的生育实验 只为培育“超级人种”
15:57
脑洞乌托邦  118万次播放
李小龙自创腰腹训练动作，称为龙旗，实力效果如何
02:38
街健呆木头  39万次播放
70一斤大货被困石头坑，窜来窜去动静极大，阿聪用抄网机智拦截
04:54
渔岛阿聪  7.5万次播放
精选视频
打开今日头条看更多
心血管疾病现在已经不是老年病，而是一种社会病 | 活得通透
01:53
张之瀛大夫  59万次播放
热门评论
打开今日头条看更多
人生在世如梦如幻
224
看了文章愣是没看明白视频信号如何转换成视觉信号传给大脑的…
67回复10月15日
理想主义者9680
124
如果有的话。我要配一双这样的眼睛，我左边的视网膜先天性坏死，所以我左边的眼睛，是完全看不到光线的，我走路都是靠右边的眼睛，只有右边的眼睛才看得到，在广州看了这么多家医院，医生没有叫我检查眼底，在深圳眼科医院看的时候，医生叫我检查眼底，检查出眼睛视网膜坏死。
58回复10月15日
史小明律师
北京市京大石家庄律师事务所律师
42
这款电化学眼最主要的突破，是创造了一个3D立体人造视网膜。这款人造视网膜上装有大量纳米线感光器，用来模拟人类视网膜中的感光细胞。在实验中，团队以液态金属线模拟人类眼球后的神经线，将纳米线感光器与人造半球形视网膜后面一束束的金属线连接在一起，成功复制了视觉讯号的传输，将电化眼所看到的影像投射到了计算机屏幕上。
15回复10月16日
牛的薛定谔
36
人眼像素几十亿，机器眼睛不可能超过生物眼睛！
42回复10月15日
重载函数
47
怎么传给大脑？怎么同步，总不能肉眼向左看电子眼向右看吧？还有怎么充电，每天晚上拿下来充？
38回复10月15日
搜索
仿生眼售价多少最美的十种瞳孔高度近视的危害近视4800度中国的军用机器人视频裸眼3d投影技术
实时热榜
打开今日头条看更多
1
乌兰夫长女云曙碧逝世
176992000
2
谁杀死伊朗科学家？以色列高官回应
160148992
3
特朗普已指示国务院开启权力移交
144908800
4
澳大利亚称将向世贸组织状告中国
131118904
5
特朗普花300万美元便宜了拜登
118641288
去今日头条看更多精彩内容
本帖来自微秘视障助手

铁鞭01

15楼 铁鞭01说：
  这辈子不知道能不能赶得上了？
本帖来自微秘

推拿店用品艾绒

14楼 推拿店用品艾绒说：
不论哪一个 只要能凑合用都可以啊，不知道多久这些技术能凑合用。
本帖来自pc秘书

海风轻轻吹

13楼 海风轻轻吹说：
将来能治得花100万还得10美元。请问有几个人能有这么多钱？
本帖来自安卓秘书

巴洛克

12楼 巴洛克说：回复地板拓海
是啊，视神经萎缩属于另外一个课题了，我也是视神经萎缩，确实目前还看不到任何希望
本帖来自微秘

银色宇宙

11楼 银色宇宙说：
最难的一点是如何让每个感光点与神经连接虽然分辨率可以无限提高但目前能做到的最多连接数好像才256通道，也就是16×16的分辨率人的神经太复杂了，没那么好连接的而且没办法靠手术实现点对点高分辨率连接
本帖来自安卓秘书

千里寻情

10楼 千里寻情说：
估计我等不到那天就要去传说中的阎王殿报道了

穷开心

9楼 穷开心说：
支持
本帖来自爱盲客户端

时光边缘的男人

8楼 时光边缘的男人说：
这种技术只不过是早晚的问题，肯定要比想让我们本身的功能恢复靠谱的多，科技的力量是无线的，可是要想等着医学的发展让本身的功能恢复这种可能就可能性太小了，只要是机器人或者无人驾驶等技术发展的好，就是对于我们实现电子眼的可能性加大
本帖来自pc秘书

我是ABC

7楼 我是ABC说：
多想再看到这个世界，不知道还有没有希望。
本帖来自安卓秘书

最浪漫的小雨

5楼 最浪漫的小雨说：
我又来泼凉水了，这种技术只能对后天盲人有效。先天盲人就别想了，因为先天盲人视神经，包括视觉中枢都不好使了。
本帖来自安卓秘书

拓海

地板 拓海说：
对于视神经萎缩应该还是不行

竹林听雨

板凳 竹林听雨说：
老子要多存一点钱，等这个3D眼镜问世，老子要去周游世界。
本楼来自 掌中世界IOS版

一叶知秋

沙发 一叶知秋说：
这个技术理论上实现是没问题的，只不过还要等多少年就不得而知了。2030年问世就阿弥陀佛了。
本帖来自安卓秘书