Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампэйни совместно с Северо-Западным Университетом продемонстрировали общественности видеокамеру, сконструированную по принципу анатомического глаза человека. Разработка может стать большим прорывом, как в биоинженерии, так и в фототехнике. Руководитель группы профессор Джон Роджерс рассказал о том, что новый подход позволит устанавливать электронику в тех местах, где ранее это было не возможно.

Дальнейшее развитие проекта поможет открыть эру искусственного зрения. В настоящий момент оптическая система опирается на электронику, которая зафиксирована на жесткой поверхности - данный способ пригоден для цифровых фото- и видеокамер. Глаза же должны двигаться, просматривать и собирать информацию с широкого круга видимости и иметь сетчатку. Естественность требует гибких компонентов со свойствами деформации, ранее невозможными для инженерии. Задача разработчиков состоит в том, чтобы поместить светочувствительные сенсоры и датчики изображения в эластичный материал так, чтобы не нарушались электронные связи и не возникали искажения получаемой картинки. И в этом как раз команде Роджерса удалось достичь немалых успехов.

Для размещения электроники исследователи сначала разработали полусферическую резиновую мембрану, совпадающую по размерам с глазным яблоком. Растянув ее до состояния перепонки, ученые с помощью планарной технологии переместили набор датчиков, встроенных в кремниевые пластины, в центр «сферы». Когда оболочка примет свое первоначальное положение, искусственная сетчатка из фотоэлементов сожмется и сенсоры окажутся на дне вогнутой поверхности.

Ключевым моментом является то, что специально разработанные межкомпонентные соединения при расхождении с мембраной продолжают поддерживать контакт с датчиками. «Сетчатке» придают внешние связи и устанавливается собирательная линза. В результате получается первое в мире цифровое устройство, способное моделировать изображение аналогично человеческому глазу.

Разрешающая способность искусственного органа зрения составляет всего 256 пикселей, но, на сколько бы эта цифра не казалась малой, Роджерс утверждает, что она отнюдь не низка. По его словам, возможности разрешения ограничены в данном случае лабораторной оснащенностью исследователей. Сотрудники Северо-Западного Университета подтвердили, что можно создать и сенсор большего размера, но это требует серьезных технических доработок. Глаз человека, если сравнивать получаемое изображение с цифровыми устройствами, видит 100-мегапикселную картинку, что, естественно, на данном этапе развития технологии не достижимо.

Устройство базируется на естественной биологической форме, что также обязывает брать в расчет и движение собирательной линзы, играющей роль зрачка, и изменяющееся фокусирование взгляда.

 

Полусферическая матрица гораздо лучше подходит для искусственной сетчатки, нежели плоской поверхности. Возможности оболочки высококачественных кремневых устройств для крепления на сложных поверхностях и биологических тканях дает мощный стимул для разработок в сфере электроники и оптоэлектронных устройств.

Отвечая на вопрос, применим ли полученный результат к биомедицинским исследованиям, Роджерс сказал, что в существующей последовательности изготовления, полимерная основа используется только для плоскостно-сферического преобразования материи. Основой всей модели по-прежнему является стекло. Использование в качестве подложки полимерных соединений, безусловно, повысило бы биологическую совместимость, и искусственная сетчатка по своим свойствам могла бы функционировать как «живая». Это и будет лежать в концепции дальнейших разработок.

 

Главным по сложности шагом в достижении желаемого результата является соединение искусственной сетчатки с нервными окончаниями и мозговым центром.

 

А всего несколько лет назад скептики в один голос заявляли о том, что цифровые камеры никогда не смогут заменить человеку глаза из-за сложностей в построении устройств, выполняющих необходимые функции и при этом имеющих естественную конструкционную форму.