ساخت چشم مصنوعی با تقلید بسیار ظریف از شبکیه چشم

زوميت/ پژوهشگران با استفاده از نانوسيم‌هاي بسيار نازک براي تقليد از عملکرد سلول‌هاي گيرنده‌ي نور چشم، ساختار خميده‌اي نظير شبکيه‌ي چشم ساختند. چشم انسان ابزاري پيچيده است: تصاوير از لنزي خميده در جلوي کره‌ي چشم وارد مي‌شود و قبل از رسيدن به شبکيه‌ي حساس به نور از مايع چسبناک و شيشه‌اي عبور مي‌کند. شبکيه سيگنال را به عصب بينايي هدايت کرده و تصوير را به مغز مي‌برد. حدود يک دهه است که مهندسان در تلاش براي تقليد از اين ساختار هستند. اکنون چشم مصنوعي جديدي ساخته شده است که با موفقيت شکل کروي اين ابزار طبيعي را تقليد مي‌کند. پژوهشگران اميدوار هستند اين دستاورد بتواند به ديد رباتيک و دستگاه‌هاي پروتز دقيق‌تر منجر شود. به‌تازگي مقاله‌اي درباره‌ي اين پيشرفت در مجله‌ي Nature منتشر شد. پژوهش جديد بر مبناي اين واقعيت انجام شده است که پروسکايت ماده‌ي رسانا و حساس به نوري که در سلول‌هاي خورشيدي مورد استفاده قرار مي‌گيرد، مي‌تواند براي ايجاد نانوسيم‌هاي بسيار نازک با طول چند هزارم ميلي‌متر استفاده شود. ژيونگ فن، مهندس الکترونيک و کامپيوتر در دانشگاه علم و فناوري هنگ‌کنگ مي‌گويد: اين سيم‌ها از ساختار سلول‌هاي نازک و طويل گيرنده‌ي نور چشم تقليد مي‌کنند. اما مشکل اين است: چگونه مي‌توانيم مجموعه‌اي از نانوسيم‌ها را در لايه‌اي به‌شکل نيمکره درآوريم تا اين شبکيه‌ي نيمکره‌اي شکل بگيرد. ساخت شبکيه‌ي خميده مهم است زيرا نور فقط پس از عبور از لنز (عدسي) خميده به شبکيه مي‌خورد. هونگروي جيانگ، مهندس برق در دانشگاه ويسکانسين-مديسن که مطالعه‌ي جديد را بازبيني کرده ولي به‌طور مستقيم مشارکتي در اين کار نداشته است، مي‌گويد: وقتي سعي مي‌کنيد چيزي را تصويربرداري کنيد، تصويري که پشت لنزها تشکيل مي‌شود، درواقع خميده است. اگر حسگر مسطحي داريد، نمي‌توانيد به‌خوبي روي تصوير تمرکز کنيد. شبکيه خميده است اما حسگرهاي الکترونيکي نور سخت و صاف هستند. فن و همکارانش براي حل اين مسئله فويل آلومينيومي نرمي را به شکل نيمکره درآوردند. آن‌ها سپس فلز را با نوعي فرايند الکتروشيميايي تيمار کردند که آن را به عايقي به‌نام آلومينيوم اکسيد تبديل کرد. اين فرايند همچنين موجب شد منافذ نانومقياسي در ماده ايجاد شود. درنتيجه، پژوهشگران به نيمکره‌ي انحناداري رسيدند که داراي منافذ متراکم مناسبي بود که مي‌شد در آن‌ها نانوسيم‌هاي پروسکايت را کشت داد. جيانگ مي‌گويد: تراکم نانوسيم‌ها بسيار زياد است. اين تراکم با تراکم گيرنده‌هاي نور در چشم انسان قابل مقايسه است (درواقع حتي بيشتر است). دانشمندان وقتي به شبکيه‌ي خميده دست پيدا کردند، آن را در چشم مصنوعي قرار دادند که در قسمت جلوي آن لنزهاي خميده‌اي وجود داشت. اين تيم با الهام از مايع تخصصي موجود در چشم واقعي، آن را با نسخه‌ي شبه‌بيولوژيکي از يک مايع يوني پر کردند که نوعي نمک مايع است که ذرات باردار در آن مي‌توانند حرکت کنند. فن مي‌گويد: يک مولفه‌ي بسيار مهم از کار اين است که ما حفره‌ها را با مايع يوني پر کرديم. وقتي نانوسيم‌‌ها بار الکتريکي توليد کنند، بار با برخي از يون‌ها مبادله خواهد شد. اين تبادل الکتريکي به نانوسيم‌هاي پروسکايت اجازه مي‌دهد که عملکرد الکتروشيميايي تشخيص نور و ارسال سيگنال به ابزارهاي الکترونيکي خارجي پردازش‌کننده تصوير را انجام دهد. وقتي پژوهشگران چشم مصنوعي را آزمايش کردند، اين ابزار توانست الگوهايي از نور را در زمان ۱۹ ميلي‌ثانيه يعني نصف زمان مورد نياز چشم انسان پردازش کند و تصاويري را توليد کرد که نسبت‌به تصاويري که به‌وسيله‌ي يک حسگر تصوير مسطح با تعداد مشابه پيکسل توليد مي‌شود، از کنتراست بالاتر و لبه‌هاي واضح‌تري برخوردار بود. از بعضي جهات، چشم مصنوعي از ديد طبيعي بهتر عمل مي‌کند: مي‌تواند طيف وسيع‌تري از طول‌موج‌ها را بگيرد و فاقد نقطه کور است. فن اميدوار است که براي ساخت دستگاه‌هاي پروتزي براساس اين طرح با پژوهشگران حوزه‌ي پزشکي همکاري کند. اگرچه انجام چنين کاري ممکن است به توسعه‌ي بسيار بيشتري نياز داشته باشد. جسي دورن از مقامات شرکت زيست‌پزشکي ديد دوم (Second Sight) که در اين پژوهش مشارکتي نداشته است، مي‌گويد: «اين چشم مصنوعي واقعا ظريف است. اين کار شگفت‌انگيز به‌نظر مي‌رسد، اما نويسندگان مطالعه درمورد نحوه‌ي اتصال آن به سيستم بينايي انسان صحبت نمي‌کنند.» دورن روي دستگاه‌هاي درمان نابينايي ازجمله نوعي پروتز شبيکه باعنوان آرگوس۲ کار مي‌کند و خاطرنشان مي‌کند که توسعه‌ي رابط الکترونيکي فقط گام اول است. چنين دستگاهي براي توليد تصاوير نياز به تعامل با مغز انسان دارد. به‌گفته‌ي او، اين کار دو چالش پيش رو دارد: اول اينکه چگونه مي‌توان هرنوع رابط داراي وضوح بالا را با اطمينان و بي‌خطر درون بافت مدنظر کاشت و دوم اينکه نحوه‌ي تعامل آن با سيستم بينايي انسان به چه صورتي است. علاوه‌بر‌اين، انواع مختلفي از نابينايي وجود دارد و چشمان بي‌عيب نيز ممکن است هميشه ديد کاملي ايجاد نکنند. براي مثال، توسعه‌ي مغز در دوران نوزادي و کودکي ازنظر پردازش ورودي‌هاي بينايي حياتي است، بنابراين فردي که نابينا متولد شده است، در مراحل بعدي زندگي، ممکن است هرگز ارتباطات مورد نياز براي ديدن به‌وسيله‌ي چشمان پروتزي را نداشته باشد. دورن به اين مسئله اشاره مي‌کند که دريافت‌کنندگان ايمپلنت آرگوس۲ همه افراد بزرگسالي بودند که بينايي خود را در مراحل بعدي زندگي از دست داده بودند. حتي اين افراد نيز داراي سطوح مختلف موفقيت هستند؛ برخي تنها توانايي تمايز ميان نور و سايه را به دست مي‌آورند درحالي‌که برخي ديگر مي‌توانند اشکال را پردازش کنند. با‌اين‌حال، او مي‌گويد هرگونه ارتباط ديداري با محيط مي‌تواند منجر به استقلال و آزادي حرکت بيشتر شود. علاوه‌بر‌اين، پروتزها تنها کاربرد با ارزش چشمان مصنوعي نيستند: چنين دستگاه‌هايي مي‌توانند کاربردهاي فوري در بينايي رباتيک داشته باشند. جيانگ با ذکر اين مسئله که برخي پژوهشگران به‌دنبال اين هستند که از چشم پستانداران تقليد کنند و برخي ديگر با چشم‌هاي مرکب حشره‌مانند کار مي‌کنند، مي‌گويد: «تقليد از چشم طبيعي آرزوي بسياري از مهندسان حوزه‌ي بينايي بوده است.» او مي‌افزايد اين حوزه از علم سرانجام درحال دستيابي به پيشرفت‌هاي واقعي است: «من فکر مي‌کنم طي حدود ۱۰ سال آينده، ما بايد شاهد برخي از کاربردهاي عملي بسيار ملموس از اين چشم‌هاي بيونيک باشيم.»

به پيج اينستاگرامي «آخرين خبر» بپيونديد

instagram.com/akharinkhabar