Đột phá mắt nhân tạo mang lại ánh sáng cho người mù

Bằng việc kết hợp cảm biến ánh sáng với công nghệ vật liệu, các nhà khoa học tạo ra một đôi mắt sinh học nhân tạo. Dù chưa hoàn thiện nhất nhưng nghiên cứu có tiềm năng sánh với đôi mắt tự nhiên của người.

Đôi mắt nhân tạo xuất hiện thường xuyên trong các bộ phim viễn tưởng, giờ đã có mặt trong cuộc sống thật. Trước đây đã có nhiều nỗ lực tương tự nhưng không thật sự thành công, bởi vì để chế tạo một vật hình cầu chứa cấu trúc phức tạp như võng mạc là một thách thức lớn.

Vượt qua những giới hạn của công nghệ, các nhà khoa học vừa chế ra con mắt máy giúp người mù nhìn thấy thế giới.

Cấu tạo tỉ mỉ không kém mắt sinh học

Nhóm các nhà khoa học đến từ Mỹ và Hong Kong, dẫn đầu bởi nhà nghiên cứu Hongrui Jiang, đã dựng lại cấu tạo phức tạp của võng mạc bằng công nghệ, giúp người mù có thể nhìn thấy lại ánh sáng.

Cấu tạo của đôi mắt máy được ứng dụng công nghệ mới, giúp người mù nhìn thấy. Ảnh: Nature.

Cảm biến máy ảnh có cơ chế hoạt động tương tự như mắt người, nhưng ít phức tạp hơn. Sở dĩ mắt người có thể nhìn thấy rõ ràng, là do võng mạc hình bán cầu nhận ánh sáng một cách khéo léo, giúp giảm sự nhiễu loạn của ánh sáng khi đi qua thấu kính của mắt, từ đó làm sắc nét ở tiêu cự.

Để đáp ứng được điều này ở mắt nhân tạo, nhóm nghiên cứu dùng một lớp nhôm oxit pha volfarm, tạo võng mạc bán cầu với đường kính chỉ hơn 2 cm. Tiếp đó, dây dẫn mô phỏng dây thần kinh kết nối với não, được tạo nên từ sợi kim loại mỏng bởi hợp kim eutectic gallium–indium, dẫn tín hiệu từ cảm biến kích thước nano.

Cầu mắt và dây thần kinh nhân tạo, giúp nhận và truyền hình ảnh đến não như mắt tự nhiên. Ảnh: Nature.

Phía trước cảm biến siêu nhỏ là ống kính ghi hình ảnh với độ phân giải cao. Họ dùng các cảm biến ánh sáng có kích thước chỉ vài nanomet để nhận và xử lý ánh sáng. Tất cả được đặt trong khối cầu nhỏ hệt như cầu mắt, được chứa đầy chất lỏng ion hóa tương tự như thủy tinh thể, giúp điện hóa các sợi nano.

Sau khi đưa vào hoạt động thử nghiệm, mắt nhân tạo ghi được hình ảnh ở góc rộng 100 độ, trong khi mắt người có góc nhìn khoảng 130 độ. Đôi mắt máy cũng rất nhạy trong việc ghi nhận ánh sáng ở nhiều mức độ, nó có thể thấy từ 0,3 đến 50 miliwatt mỗi cm vuông hay 86 photon mỗi giây, ngang với độ nhạy của mắt sinh học.

Những con số ấn tượng của mắt nhân tạo

Độ nhạy của mắt nhân tạo có được là do vật liệu perovskite được dùng trong dây nano dẫn tín hiệu. Nhóm nghiên cứu đã dùng nhiều loại vật liệu khác nhưng cuối cùng lại chốt chọn với chì iot. Những sợi dây này mô phỏng dây thần kinh kết nối cầu mắt với não, chúng cần phải truyền dẫn nhanh để không bị gián đoạn việc đưa thông tin.

Cận cảnh cầu mắt có kích tước nhỏ, có thể cấy trực tiếp vào cơ thể người để hoạt động bình thường. Ảnh: Nature.

Qua đo thời gian, tín hiệu đi với thời gian chỉ 19,2 mili giây và mất 23,9 mili giây để trở về trạng thái phục hồi ban đầu. Thời gian này ngang ngửa với mắt tự nhiên của con người, nói cách khác người mang đôi mắt máy sẽ phản xạ với những gì mình nhìn thấy một cách bình đẳng với những người khác.

Ấn tượng nhất trong nghiên cứu này chính là chất lượng hình ảnh mang lại. Ở nhiều nghiên cứu của các nhóm khoa học khác trước đây, hình ảnh thu lại ở mắt nhân tạo thường rất kém bởi vì hạn chế của camera ghi ảnh, mặt phẳng chiếu ảnh và dây truyền tín hiệu. Đối với nhóm của Hongrui Jiang, mọi hạn chế đã được khắc phục.

Nhóm các nhà nghiên cứu cho biết sẽ mất 5 năm để có thể thương mại hóa nghiên cứu mới này.

Mật độ cảm biến và dây nano trong mắt nhân tạo rất dày đặc, thậm chí nhiều hơn cả võng mạc tự nhiên của người. Tín hiệu từ mỗi cảm biến sẽ được xử lý theo từng pixel riêng lẻ, khiến hình ảnh nhận được rất sắc nét mà không mất nhiều thời gian để “tải” hình ảnh.

Mặc dù kết quả nghe qua rất khả quan nhưng nhóm các nhà nghiên cứu vẫn còn phải thử nghiệm rất nhiều trước khi đưa sản phẩm vào thị trường. Trong 5 năm tiếp theo, nhóm sẽ thử nghiệm mắt trên động vật và thậm chí là robot, và sau đó sẽ tiến hành cấy mắt cho người mù, đem lại hy vọng cho hơn 200 triệu người khiếm thị khắp thế giới.

Nguồn: [Link nguồn]Nguồn: [Link nguồn]