人工視覺是指利用視網(wǎng)膜修復(fù)技術(shù)，向眼內(nèi)植入集成電路芯片來幫助失明者恢復(fù)視覺的方法。人工視覺常應(yīng)用的方法有兩種：一種叫做“人工視網(wǎng)膜技術(shù)”;另一種叫做“電刺激視覺中 樞技術(shù)”。前者要基于患者的視覺傳導(dǎo)通路以及視覺中 樞無功能性障礙，而后者對(duì)視覺傳導(dǎo)通路無特殊要求，因此有更廣泛的應(yīng)用前景，目前估計(jì)失明患者有90%屬于后一種情況。

日前，中國科學(xué)院金屬研究所與國內(nèi)多家單位的科研團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)出一種柔性碳納米管-量子點(diǎn)神經(jīng)形態(tài)人工視覺光電傳感器。第一次通過高集成度物理器件陣列方式，實(shí)現(xiàn)超弱光脈沖(1 μW/cm2)響應(yīng)，并完成神經(jīng)形態(tài)強(qiáng)化學(xué)習(xí)的案例。與生物系統(tǒng)行為類似，光電傳感器、存儲(chǔ)元件和數(shù)據(jù)分析處理等組件在陣列中共享物理空間，并實(shí)時(shí)并行處理信息，這些結(jié)果對(duì)于試圖模仿生物視覺處理的人工視覺系統(tǒng)具有重要的啟發(fā)意義。

人工視覺的研究最 早始于上世紀(jì)50年代，1956年，美國科學(xué)家Tassiker發(fā)現(xiàn)在視網(wǎng)膜下植入光敏硒電池，可產(chǎn)生光感。60～70年代，科學(xué)家通過一系列實(shí)驗(yàn)觀察到視覺系統(tǒng)能被外界電刺激激活。對(duì)原發(fā)性視網(wǎng)膜色素變性研究發(fā)現(xiàn)，即使感光細(xì)胞受到破壞，視網(wǎng)膜內(nèi)層組織仍存在具有功能的神經(jīng)細(xì)胞來傳遞和處理信息。到80～90年代，科學(xué)家開始進(jìn)行人工視覺刺激器的研究。

一個(gè)安裝于失明者眼睛框上的微 型 攝 像機(jī)在攝取外界圖像信息后，沿一條導(dǎo)線將信號(hào)傳至安裝在視網(wǎng)膜內(nèi)表面的集成電路芯片上，后者由一個(gè)信號(hào)處理器和近100個(gè)由白金制成的盤狀微電極組成。信號(hào)經(jīng)處理后經(jīng)微電極傳遞到視網(wǎng)膜內(nèi)表面下層的神經(jīng)細(xì)胞，并由后者完成余下的信號(hào)傳導(dǎo)，直至抵達(dá)大腦皮層的視覺中 樞，形成視覺。

這種植入芯片能否長時(shí)間存留于眼內(nèi)便是一個(gè)問題。因?yàn)檠劬κ且粋€(gè)非常嬌嫩的器官，外來植入物的長期存留隨時(shí)可能引起感染的發(fā)生，而研究人員的最終目標(biāo)是要在眼內(nèi)永 久性安裝這樣一枚芯片。另外，體液內(nèi)各種電解質(zhì)成分對(duì)芯片的長期侵蝕也會(huì)使芯片的壽命縮短。

植入芯片的適應(yīng)性也是一個(gè)難題，尤其是當(dāng)眼球快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這種由硅制成的薄片能否隨視網(wǎng)膜的內(nèi)表面一起自由地運(yùn)動(dòng)而又不會(huì)劃傷視網(wǎng)膜，便成為問題的關(guān)鍵所在。

微電極與視網(wǎng)膜內(nèi)表面接觸點(diǎn)處的電沖動(dòng)的強(qiáng)度大小。已知接受電沖動(dòng)的神經(jīng)細(xì)胞位于視網(wǎng)膜內(nèi)表面下50-100微米處。要穿越這段距離，電極傳來的電沖動(dòng)的強(qiáng)度要足夠大，才能保證下面的神經(jīng)細(xì)胞能被有效地激活。但這種電沖動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。如果強(qiáng)度過大，很有可能會(huì)灼傷視網(wǎng)膜。

微電極的設(shè)計(jì)尺寸。研究人員的目標(biāo)是讓失明者看到的圖像盡可能地清晰。這就要求每個(gè)微電極要盡可能的小，其傳出的電沖動(dòng)的刺激范圍盡可能的集中，這樣在單位面積里受到刺激的神經(jīng)細(xì)胞數(shù)就盡量多，所傳遞的信息就會(huì)更豐富。但問題是過于集中的電沖動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生高溫。

大腦皮層會(huì)接受植入芯片傳來的信號(hào)，并把它們還原為圖像信息而產(chǎn)生視覺。

碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)(徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)，管子兩端基本上都封口)的一維量子材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2~20 nm。并且根據(jù)碳六邊形沿軸向的不同取向可以將其分成鋸齒形、扶手椅型和螺旋型三種。其中螺旋型的碳納米管具有手性，而鋸齒形和扶手椅型碳納米管沒有手性。

碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美，具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。近些年隨著碳納米管及納米材料研究的深入其廣闊的應(yīng)用前景也不斷地展現(xiàn)出來。

常用的碳納米管制備方法主要有：電弧放電法、激光燒蝕法、化學(xué)氣相沉積法(碳?xì)錃怏w熱解法)、固相熱解法、輝光放電法、氣體燃燒法以及聚合反應(yīng)合成法等。

碳納米管具有良好的傳熱性能，CNTs具有非常大的長徑比，因而其沿著長度方向的熱交換性能很高，相對(duì)的其垂直方向的熱交換性能較低，通過合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導(dǎo)材料。另外，碳納米管有著較高的熱導(dǎo)率，只要在復(fù)合材料中摻雜微量的碳納米管 ,該復(fù)合材料的熱導(dǎo)率將會(huì)可能得到很大的改善。

碳納米管可以制成透明導(dǎo)電的薄膜，用以代替ITO(氧化銦錫)作為觸摸屏的材料。先前的技術(shù)中，科學(xué)家利用粉狀的碳納米管配成溶液，直接涂布在PET或玻璃襯底上，但是這樣的技術(shù)至今沒有進(jìn)入量產(chǎn)階段;目前可成功量產(chǎn)的是利用超順排碳納米管技術(shù);該技術(shù)是從一超順排碳納米管陣列中直接抽出薄膜，鋪在襯底上做成透明導(dǎo)電膜，就像從棉條中抽出紗線一樣。

光電傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種器件。其工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是指光照射在某些物質(zhì)上時(shí)，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應(yīng)的電效應(yīng)現(xiàn)象。根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的不同將光電效應(yīng)分為三類：外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)及光生伏特 效應(yīng)。光電器件有光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等。分析了光電器件的性能、特 性曲線。

光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成。其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電效應(yīng)是指用光照射某一物體，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個(gè)物體上，此時(shí)光子能量就傳遞給電子，并且是一個(gè)光子的全部能量一次性地被一個(gè)電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。通常把光電效應(yīng)分為3 類：

(1)在光線作用下能使電子溢出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等;

(2)在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光敏晶體管等;

(3)在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特 效應(yīng)，如光電池等。

新聞來源：中國科學(xué)院