Интеллектуальные беседы на тему биологии, нейробиологии, генетики
Ответить
Сухарев
Участник
Баланс:1119
 
Сообщения: 93
Регистрация: 11.11.2019

Искусственный глаз всё лучше и лучше настоящего

Сухарев » 02.07.2020 12:37

+
3
-
Сетчатка из перовскитных фотоэлементов даёт пока что изображение всего из ста пикселей, зато реагирует на свет быстрее, чем натуральная.

Изображение


Попытки создать полностью искусственный аналог глаза предпринимались неоднократно, однако такие устройства по многим параметрам уступали настоящему глазу. Искусственные светочувствительные элементы-рецепторы 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.

По другим параметрам искусственный глаз вполне сопоставим с настоящим, в чём-то даже превосходил его. 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.

Пока неясно, как долго такой глаз может работать. В данный момент, он нормально функционирует девять часов без перерыва, но про электрохимические устройства известно, что со временем они устают. Если глаз окажется долговечным, к нему удастся подсоединить на сто проводов, а тысячу (или миллион), то подобные искусственные глаза в скором времени будут не только у роботов.

https://seng.ust.hk/news/20200521/prof- ... e-research
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2285-x
https://www.nature.com/articles/d41586-020-01420-7
Поделиться:

Теги:

Аватара пользователя
MoonBear
Участник
Баланс:1925
 
Сообщения: 115
Регистрация: 02.06.2020

Re: Искусственный глаз всё лучше и лучше настоящего Меня терзают смутные сомнения

MoonBear » 03.09.2020 22:41

+
3
-
Когда-то давно, еще в школе, мне запомнилась фраза учителя физики, процитировавшего Гельмгольца, - если бы мне принесли такой несовершенный оптический прибор как человеческий глаз, я бы его выбросил. После, я не раз слышал разные вариации подобных тезисов, как и заголовок этой статьи.

Еще тогда, меня, ученика 10 класса покоробила формулировка и странное пренебрежение этим органом, заставив шире изучить этот вопрос, в первую очередь, с позиции анатомии. После некоторого времени, пришел к выводу, эпатажные высказывания говорятся от неправильной трактовки названий (подмены понятий) функциональных систем.

Если глаз назвать просто - оптический прибор, как Гельмгольц, исключив все сопутствующее приспособления и элементарно применить формулу тонкой линзы к качеству получаемого изображения, то да, дрянь полная. Каких только аберраций нет, как нет смысла их перечислять.

Так и в статье, глаз человека рассматривается исключительно с точки зрения технических характеристик объектива и матрицы видеокамеры. Но, это совершенно неправильно, поскольку система должна оцениваться по работе всех ее элементов в совокупности.

Используя компьютерную терминологию, расширю понятие глаза до составных его элементов - коры головного мозга, отвечающего не только за формирование изображения, но и составление 3D картинки, где при помощи триангуляции высчитываются расстояния до объектов и наводится резкость, с удержанием автофокуса на конкретной точке.

Это касается и сложной системы мышечной мускулатуры, работающей в единой системе, позволяя поворачивать не только глаза, но и голову. Даже устройство очистки поверхности слизистой оболочки работает идеально, подчиняясь безусловным рефлексам, за счет выделений слезных желез, обеспечивает чистоту окуляра на протяжении десятилетий.

Вывод, следует разделять понятия, глаз - как полнофункциональная система и глаз - как оптическая система. Согласитесь, если я скажу, - нога человека устаревший орган, вот колесо - это да! вызовет недоуменную улыбку. Так и здесь.

Аватара пользователя
Director
Эксперт
Баланс:6426
 
Сообщения: 451
Регистрация: 20.06.2018

Re: Искусственный глаз всё лучше и лучше настоящего Меня терзают смутные сомнения

Director » 04.09.2020 18:12

+
1
-
Прекрасный и наглядный пример привел нам коллега MoonBear.
MoonBear писал(а):
03.09.2020 22:41
... пришел к выводу, эпатажные высказывания говорятся от неправильной трактовки названий (подмены понятий) функциональных систем.
...
Вывод, следует разделять понятия, глаз - как полнофункциональная система и глаз - как оптическая система. Согласитесь, если я скажу, - нога человека устаревший орган, вот колесо - это да! вызовет недоуменную улыбку. Так и здесь.
Мне осталось только еще раз подчеркнуть тезис о подмене понятий.

Ибо для получения правильных результатов исключительно важно оперировать правильными понятиями.

Сначала надо выработать понятия, а только потом проводить рассуждения и опыты.

Ответить
   ПОМОЩЬ по форуму!