Jak zbudować bioniczne oko

Ludzie nie zastanawiają się dwa razy nad założeniem zestawu słuchawkowego Bluetooth, aby prowadzić rozmowy na swoich telefonach komórkowych. Cóż, pewnego dnia może nie być niczym niezwykłym noszenie soczewek kontaktowych, które wyświetlają wyświetlacz telefonu bezpośrednio na oku. Naukowcy z University of Washington zrobili pierwszy ważny krok w kierunku stworzenia soczewek kontaktowych, które mogłyby właśnie to zrobić. Włączając metalowe obwody i diody elektroluminescencyjne (LED) do soczewki polimerowej, stworzyli funkcjonalny obwód, który jest biologicznie zgodny z okiem.

Oczy mają to: Naukowcy zbudowali biokompatybilną soczewkę kontaktową z działającymi diodami LED, pokazaną tutaj. Mają nadzieję, że przyszłe wersje soczewek mogą pełnić funkcję czujnika biomedycznego lub zapewniać wyświetlacz nałożony na pole widzenia danej osoby.

Jeśli spojrzysz na strukturę soczewki, to po prostu prosty polimer, mówi Babak Parviz , profesor elektrotechniki na Uniwersytecie Waszyngtońskim. Wielu badaczy umieszcza elektronikę w polimerach, aby na przykład zbudować elastyczne obwody lub wyświetlacze. Zdaliśmy sobie sprawę, że możemy stworzyć wiele funkcjonalnych urządzeń, które są naprawdę małe i można je wbudować w soczewki kontaktowe, aby zrobić o wiele więcej niż tylko poprawić widzenie, mówi Parviz.

Zespół stworzył obiektyw elektroniczny, mając na uwadze dwa główne cele, mówi. Jednym z celów było sprawdzenie, czy byłoby możliwe zbudowanie wyświetlacza heads-up, który mógłby nakładać obrazy na pole widzenia danej osoby, jednocześnie pozwalając jej zobaczyć rzeczywisty świat. To byłby rodzaj rozszerzonej rzeczywistości, wyjaśnia Parviz. (Patrz TR10: Rzeczywistość rozszerzona.) Żołnierze mogli wykorzystać tę technologię, aby zobaczyć informacje o swoim środowisku, zebrane z czujników. Cywile mogą też używać elektronicznego obiektywu jako wyświetlacza telefonu komórkowego, aby zobaczyć, kto dzwoni i oglądać filmy podczas dojazdu do pracy, chociaż cele te są długoterminowe, mówi.

Innym możliwym zastosowaniem jest użycie soczewki jako czujnika, który może monitorować poziom substancji chemicznych w organizmie i powiadamiać użytkownika, jeśli wykażą oznaki choroby. Chociaż Parviz nie wda się w szczegóły dotyczące konkretnych czujników, które tworzy jego zespół, wyjaśnia, że ​​wiele wskaźników zdrowia można monitorować z powierzchni oka. Jak mówi, żywe komórki oka mają pośredni kontakt z surowicą krwi, która zawiera biomarkery chorób. Gdyby czujnik przeznaczony do zbierania tych biomarkerów został wbudowany w soczewkę, lekarze mogliby mieć zupełnie nowe, nieinwazyjne narzędzie do testowania chorób. Ponadto soczewka może stale monitorować zmiany w czasie, zapewniając pełniejszy obraz stanu zdrowia danej osoby.

Trzeba przyznać, że od tych aplikacji dzielą nas lata. Ale Parviz i jego zespół położyli podwaliny pod pracę. W referacie przedstawionym na Międzynarodowa Konferencja Mikroelektrycznych Systemów Mechanicznych w Tucson, AZ, w zeszłym tygodniu, naukowcy opisali, jak stworzyli soczewkę z 16 pracującymi diodami LED. Soczewka została wykonana z podłoża z tetraftalanu polietylenu – rodzaju plastiku używanego w butelkach po napojach – które zostało pokryte metalowymi przewodami do łączenia diod LED.

Oprócz przewodów naukowcy wykorzystali chemikalia do wycięcia okrągłych wgłębień, w których miałyby zostać umieszczone diody LED. Parviz zauważa, że ​​jednym z wyzwań w budowaniu działającej elektroniki i optoelektroniki w plastiku jest to, że urządzenia te muszą być wytwarzane przy użyciu wysokiej temperatury, która stopi plastik. Aby obejść ten problem, jego zespół wyprodukował diody LED na oddzielnym podłożu, zapewniając, że urządzenia można łatwo usunąć i przenieść na plastikową soczewkę.

Następnie naukowcy pokryli w pełni zmontowane soczewki elektroniczne polimetakrylanem metylu (PMMA), biokompatybilnym materiałem. PMMA jest również używany do powlekania twardych soczewek kontaktowych, mówi Parviz, dzięki czemu jego soczewki są bardziej podobne do twardych kontaktów niż miękkich kontaktów noszonych przez większość ludzi w dzisiejszych czasach. W ostatnim kroku naukowcy uformowali plastik w kształt soczewki.

Kiedy zespół testował soczewki, obwód był sprawny, a diody LED świeciły. Naukowcy umieścili również soczewkę w oku królika na 20 minut i nie stwierdzili żadnych niepożądanych skutków. Nie włączyli jednak elektroniki, gdy obiektyw był w oku królika. Myślę, że musimy uważać na to, co dzieje się z okiem, kiedy się włącza, mówi Parviz. To działający obwód. Może generować trochę ciepła. Musimy podjąć wszelkie możliwe środki ostrożności, aby upewnić się, że jest to bezpieczne. Chociaż prawdą jest, że ludzkie ciało może wytrzymać różne temperatury, ostatecznie obwody muszą być zaprojektowane tak, aby zużywały bardzo małe ilości energii.

Pomysł wbudowania obwodu w soczewkę kontaktową jest interesujący – przykuwa uwagę, mówi George Whitesides , profesor chemii na Harvardzie, który nie jest związany z projektem. To było coś, o czym inni z pewnością mówili, ale przynajmniej ja nigdy nie widziałem żadnego wdrożenia. Whitesides dodaje, że jest to wczesny krok i nadal pozostaje kwestia zapewnienia zasilania soczewki, gdy jest ona w oku. Ponadto prototyp Uniwersytetu Waszyngtońskiego nie ma jasnej funkcji.

Jednym z kolejnych kroków zespołu będzie zwiększenie liczby diod LED na obiektywie do kilkuset, w nadziei na stworzenie realnego wyświetlacza. W tej chwili diody LED mają średnicę około 300 mikrometrów, co oczywiście ogranicza ich liczbę, jaką można umieścić na soczewce. Ponadto diody LED tej wielkości mają tendencję do pękania w procesie kształtowania soczewki. Zespół Parviza spróbuje zmniejszyć diody LED do 30 mikrometrów w przyszłych eksperymentach, co może umożliwić soczewce wyświetlanie kilkuset pikseli.

ukryć