Mắt nhân tạo hoạt động như mắt người
Các nhà khoa học vẫn chưa thể “xây dựng” lại một người nào đó bằng các bộ phận cơ thể sinh học. Nhưng một con mắt nhân tạo mới đã đưa người máy đến gần hơn một bước với thực tế. Thiết bị công nghệ cao này tự hào có trường nhìn và thời gian phản ứng tương tự như mắt thật.
Thiết bị này, bắt chước cấu trúc của mắt người, nhạy cảm với ánh sáng và có thời gian phản ứng thậm chí còn nhanh hơn nhãn cầu thật. Nhóm nhà nghiên cứu báo cáo trên tạp chí Nature rằng nó có thể không đi kèm với kính thiên văn hoặc khả năng nhìn đêm, nhưng thị kính điện tử này có tiềm năng cho tầm nhìn sắc nét hơn mắt người.
Kỹ sư và nhà khoa học vật liệu Zhiyong Fan của Đại học Khoa học và Công nghệ Hongkong, Trung Quốc cho biết: “Trong tương lai, chúng tôi có thể sử dụng công cụ này cho các bộ phận giả có thị lực tốt hơn và người máy hình người”. Mắt người sở hữu trường nhìn rộng và thị lực có độ phân giải cao nhờ võng mạc hình vòm - một khu vực ở phía sau nhãn cầu được bao phủ bởi các tế bào phát hiện ánh sáng.
Fan và đồng nghiệp sử dụng màng oxit nhôm cong, được gắn mạng cảm biến kích thước nano làm bằng vật liệu nhạy cảm với ánh sáng gọi là perovskite, để bắt chước cấu trúc đó trong nhãn cầu tổng hợp của họ. Các dây nối với võng mạc nhân tạo sẽ gửi kết quả đọc từ mạng cảm biến đến mạch bên ngoài để xử lý, giống như chùm sợi thần kinh chuyển tiếp tín hiệu từ nhãn cầu thật đến não. Nhãn cầu nhân tạo ghi lại những thay đổi về ánh sáng nhanh hơn mắt người có thể - trong khoảng 30 đến 40 mili giây, thay vì 40 đến 150 mili giây. Thiết bị cũng có thể nhìn thấy ánh sáng mờ xung quanh cũng như mắt người.
Mặc dù trường nhìn 100 độ của mắt nhân tạo không rộng bằng 150 độ mà mắt người có thể nhìn thấy, nhưng nó tốt hơn 70 độ có thể nhìn thấy đối với các cảm biến hình ảnh phẳng thông thường. Về lý thuyết, con mắt tổng hợp này có thể cảm nhận độ phân giải cao hơn nhiều so với mắt người, bởi vì võng mạc nhân tạo chứa khoảng 460 triệu cảm biến ánh sáng trên mỗi centimet vuông. Một võng mạc thực sự có khoảng 10 triệu tế bào phát hiện ánh sáng trên mỗi centimet vuông. Nhưng điều đó sẽ yêu cầu nhiều khả năng riêng biệt từ mỗi cảm biến. Trong thiết lập hiện tại, mỗi dây cắm vào võng mạc tổng hợp dày khoảng 1 milimet, lớn đến mức có thể tiếp xúc với nhiều cảm biến cùng một lúc. Chỉ có 100 dây như vậy vừa với mặt sau của võng mạc, tạo ra hình ảnh có 100 pixel.
Thiết kế mắt nhân tạo mới dựa trên cấu trúc của mắt người. Ở phía sau nhãn cầu, một võng mạc tổng hợp được gắn các cảm biến ánh sáng cỡ nano. Những cảm biến này đo ánh sáng đi qua thấu kính ở phía trước mắt. Các dây được gắn vào mặt sau của võng mạc đưa tín hiệu từ mạng cảm biến đến mạch bên ngoài để xử lý, tương tự như cách chùm sợi thần kinh kết nối nhãn cầu với não.
Để chứng minh rằng chùm dây mỏng hơn có thể được kết nối với nhãn cầu nhân tạo để có độ phân giải cao hơn, nhóm của Fan sử dụng từ trường để gắn một dãy kim loại nhỏ - mỗi chiếc dày từ 20 đến 100 micromet - lần lượt vào mạng cảm biến nano trên võng mạc tổng hợp. “Nó giống như một ca phẫu thuật vậy”, Fan nói. Hongrui Jiang, kỹ sư điện tại Đại học Wisconsin-Madison, cho biết phương pháp hiện tại của nhóm nhà nghiên cứu để tạo ra các pixel siêu nhỏ riêng lẻ là không thực tế: “Đối với vài trăm dây nano thì được, nhưng còn hàng triệu thì sao?”. Tuy nhiên, Jiang cho rằng nhóm nhà khoa học sẽ cần một cách hiệu quả hơn nhiều để sản xuất vô số dây nhỏ ở mặt sau của nhãn cầu nhân tạo nhằm mang lại thị lực siêu phàm cho nó.