天天科普 | 这个“眼睛”开外挂了，不仅能夜视还“看”的很清楚
据有关数据显示
世界上有超过2亿人存在
中度或者严重视力受损的情况
而且这一数量到2050年
估计会增加到5.5亿
《柳叶刀·全球卫生》曾发表一篇研究报告，提到如果不加强对眼疾的治疗，全球盲人数量在2050年将增至1.15亿，比现有的3600万多2.2倍。
我国是世界上盲人最多的国家，每年会出现新盲人大约45万，低视力135万，即约每分钟就会出现1个盲人，3个低视力患者。如果不采取有力措施，到2020年我国视力残疾人数将为2013年的4倍，即将达到5000余万。
截图自中国科技部
最近的一项新研究，将为有眼疾的患者们带来一线生机。香港科技大学与美国的科学家团队共同开发了世界上第一款3D人工眼球，经过测试，其功能要优于现有的仿生眼，甚至部分性能超越人眼。
今天我们来研究一下：
眼球的结构是怎样的？
3D人工眼的工作原理是什么？
人工眼有哪些突破？
眼球结构
要了解人工眼，先要了解真正眼球的结构。
眼球有三个径线，其中前后径平均为24毫米，垂直径平均为23毫米，水平径平均为23.5毫米。我们常说的眼轴就是指前后径，当眼轴变长时就会近视。
图源网络
眼球由两大部分构成，一是眼球壁，二是眼球内容物。
1、眼球壁
眼球壁分为外、中、内三层。最外层由角膜和巩膜组成；中间的一层由脉络膜、睫状体、和虹膜组成；最内层是视网膜。
我们从外界接受的所有信息，都是通过视网膜传递给视路，然后到大脑，所以，它对我们非常重要。
图源网络
2、眼球内容物
眼球内容物包括房水、晶状体和玻璃体。房水不断的循环工作，维护眼球的压力并营养眼球，当它的工作发生故障时，特别是产生多了或者排出少了，都会引起眼压增高，形成青光眼。
晶状体像一个双凸透镜，主要是保护视网膜并完成眼睛调节的工作，当它代谢发生变化时，就会形成白内障。
玻璃体是透明的胶质一样的物质，主要是由水构成的（约占98.5%—99.7%)，对眼球壁和视网膜起着支撑的作用。
图源中国科普博览韩培
当我们看到某一物体时，其表面反射的光线会进入眼睛，通过透明的屈光组织如角膜、晶体、玻璃体的屈光折射和睫状体悬韧带的调节作用，使光线聚集在视网膜上，形成倒立的影像。
然后视网膜上的视锥细胞及视杆细胞经过一系列的化学反应，产生电冲动经过视神经的传递到达大脑的视中枢。
视神经在传递信号的过程中，在大脑蝶鞍上方的视交叉将视网膜鼻侧的信号传递到对侧，所以视中枢的每侧与双眼同侧一半的视网膜相连，将双眼的影像相融合，形成“双眼单视”，使人们看到的不是两个相互分离的物体，而是一个完整的立体形象。
视觉的形成原理，图源中国科普博览
从眼球的结构和视觉形成过程来看，人造眼球最关键的就是视网膜，科学家们一直致力于创造出媲美人类的视网膜，实现真正的仿生视觉。
不过，由于球形人眼的曲面太难模仿，目前在医院使用的由平面集成电路芯片实现的人工眼睛只能模拟部分人类视网膜，以提供模糊的视觉效果。
世界上首款3D人工眼
香港科技大学(HKUST)科学家领导的国际团队开发出了一款3D人工眼，这款电化学仿生眼用纳米线和外部电子电路在曲面上实现了高密度传感器，首次复制了人眼的曲面结构。
这款电化学眼最主要的突破，是创造了一个3D立体人造视网膜。这款人造视网膜上装有大量纳米线感光器，用来模拟人类视网膜中的感光细胞。
在实验中，团队以液态金属线模拟人类眼球后的神经线，将纳米线感光器与人造半球形视网膜后面一束束的金属线连接在一起，成功复制了视觉讯号的传输，将电化眼所看到的影像投射到了计算机屏幕上。
电化学眼工作过程，图源中国科普博览韩培
该3D人工仿生眼拥有100°的广阔视野，并具备超越人眼的高成像分辨率和响应率，这种仿生眼技术除了能够协助人们提高视力外还可被用于制作其他仿生光敏器材。
人工眼的技术突破
这款电化学眼有很多开了外挂的功能，比如夜视和红外。人眼在夜里是看不到的，但电化学眼只要使用不同的材料来提高感光器的敏感度及可视光谱范围，就可以拥有夜视等功能。
除此之外，就像我们看视频分为高清和非高清的分辨率，电化学眼也可以实现更高成像分辨率。
研究人员将传感器之间的距离缩小到3微米，在人造视网膜上的传感器是真人眼睛的30倍，而由于纳米线感光器在人工视网膜的密度比人类视网膜中的感光细胞更高，如果将来每个纳米线感光器都能与视觉神经线连接，人工视网膜将能接受更多光讯号，可以比人类视网膜具有更高解像度的潜力。
科大研发的电化学仿生眼（EC-Eye）的结构
图源中国科普博览
更厉害的是，与其他仿生眼相比，这个新开发的电化学眼无须外设电池。
3D人造眼的运作原理涉及一种太阳能电池中的电化学反应程序，原则上，人造视网膜上的每个感光器都可以像纳米太阳能电池一样，将光能转化为电能维持机械运作。
经进一步改良，电化学眼可成为能自我供电的图像传感器，用作人造眼科义体时，无需依靠外部电源或电路，与现时的技术相比，将更为方便应用。
但值得一提的是，虽然该人工眼球的整体性能较以往同类设备有了较大提升。但昂贵的制备成本，有限的使用寿命，较低的信号输出分辨率以及作为假眼移植时如何与视神经进行有效连接等诸多问题都有待进一步解决。
2020年10月28日0-24时
陕西省新增1例境外输入确诊病例
新增2例境外输入无症状感染者
累计报告境外输入确诊病例209例
治愈出院出院179例，在院30例
当前全省隔离密切接触者585人
均集中医学观察
（数据及截图来自陕西省卫生健康委员会）
|本文内容来源：中国科普博览、科普中国、中国科学技术部
[1].https://mp.weixin.qq.com/s/1PbS1EZXJtBWV6P8Qhv_Tg
[2].https://mp.weixin.qq.com/s/iFul9sKm_A4PJz8t1Vm4yQ
[3].http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/202007/t20200708_157737.htm
[4].https://cloud.kepuchina.cn/newSearch/imgText?id=6669650231706157056
| 编辑：小科
| 审核：科普菌
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