Het biologische oog is een uiterst complex orgaan, en men is al tientallen jaren bezig om dit uiterst kwetsbare orgaan met behulp van technologie na te bootsen. Bestaande prothetische ogen schieten tekort met lage resoluties en 2D platte beeldsensoren.
Nu heeft een internationaal team van onderzoekers van de Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) en de University of California, Berkley, deze tekortkoming ondervangen door voor het eerst een biomimetisch prothetisch oog te maken met behulp van een nanodraad-array dat een hemisferisch kunstmatig netvlies creëert. D.w.z. een 3D-beeldsensor.
Publicerend in Nature, (paywall) laat het team van HKUST hun “Elektrochemisch oog” (EC-Eye) zien. Terwijl het een grote belofte inhoudt op het gebied van robotica en voor mensen met visuele beperkingen, in misschien meer prikkelende toekomstige toepassingen, gelooft het team dat hun EC-Eye in feite scherper zicht kan bieden dan een natuurlijk menselijk oog, en extra functies kan omvatten zoals het vermogen om infrarode straling in het donker te detecteren. Dit begeeft zich natuurlijk op het terrein van het transhumanisme, en het ethische moeras dat dit met zich meebrengt. Maar afgezien van het feit dat het sciencefictionfans zal opwinden, is het EC-oog zeker veelbelovender voor hen wier natuurlijke gezichtsvermogen ernstig is aangetast.
De sleutel tot dit nieuwe kunstmatige oog is de hierboven genoemde nanodraad-reeks. Deze nanodraden zijn afgeleid van de perovskiet-zonneceltechnologie, en zijn in wezen afzonderlijke nano-zonnecellen, en kunnen dus biologische fotoreceptoren nabootsen die in het netvlies worden aangetroffen. Deze nanodraden werden vervolgens verbonden met een bundel draden van vloeibaar metaal, die fungeerden als kunstmatige zenuwen, die de lichtsignalen met succes naar een computerscherm leidden waarop te zien was wat de nanodraad-reeks kon “zien”.
Doordat het onderzoek naar interfaces tussen elektronica en zenuwen al vergevorderd is, hoopt men dat deze nanodraad-netvliezen op een dag rechtstreeks kunnen worden geïmplanteerd en vastgemaakt aan de oogzenuwen van patiënten met een visuele handicap. Nog verbazingwekkender is dat dit kunstmatige netvlies superieur is aan een natuurlijk netvlies als het gaat om de tekortkomingen die zijn ontstaan door de evolutie van het natuurlijke netvlies. Alle netvliezen hebben een blinde vlek, veroorzaakt door het feit dat de bundels optische zenuwen ergens op het netvlies moeten aansluiten om informatie naar de hersenen te transporteren. Dit verbindingspunt op het netvlies heeft geen ruimte voor fotoreceptorcellen, en is daarom een blinde vlek op het netvlies. Gelukkig “vullen” je hersenen de lege plekken van deze blinde vlek in, zodat mensen met gezond zicht deze niet zien. De effecten van deze blinde vlek kunnen echter worden gezien als u ’s nachts naar de sterrenhemel kijkt. Zoek een zeer zwakke ster en probeer er rechtstreeks naar te kijken; het wordt moeilijk te zien, maar het is gemakkelijker te zien als je er in plaats daarvan direct omheen kijkt.
Het EC-oog heeft niet zo’n blinde vlek.
Daarnaast hebben de nanodraden een hogere dichtheid dan de fotoreceptorcellen in het menselijk netvlies. Daarom kan het kunstmatige netvlies in theorie meer lichtsignalen detecteren en daardoor een hogere beeldresolutie produceren dan zelfs de meest gezonde netvliezen van een mens met een gezichtsvermogen van twintig.
De voordelen van een EC-Eye ten opzichte van een natuurlijk oog zijn ook het feit dat het gebruik van verschillende materialen de detectie van een hoger spectraal bereik mogelijk kan maken, waardoor mensen met dergelijke EC-Eye implantaten mogelijk ook in het donker kunnen zien, als hun kunstmatige netvlies infrarood licht kan detecteren.
De auteurs waarschuwen er echter voor dat deze technologie zich nog in een vroeg stadium bevindt.
“Ik ben altijd een grote fan geweest van science fiction,” zei Prof. Zhiyong Fan van HKUST in een persbericht, en hoofdauteur van de studie, “en ik geloof dat veel technologieën die in verhalen voorkomen, zoals die van intergalactisch reizen, op een dag werkelijkheid zullen worden. Maar ongeacht de beeldresolutie, de gezichtshoek of de gebruiksvriendelijkheid zijn de huidige bionische ogen nog steeds niet opgewassen tegen hun natuurlijke menselijke tegenhanger. Er is dringend behoefte aan een nieuwe technologie om deze problemen aan te pakken, en dat motiveert mij sterk om dit onconventionele project te starten.”