مستشعرات الضوء الإلكترونية:
المستقبلات الضوئية للشبكية:
هل استجابة المستشعرات النانوية سريعة جدا؟
التطبيقات الخاصة بالعين الإلكترونية:
طريقة أكثر إنتاجية لتصنيع مثل هذه المصفوفات:
مستشعرات الضوء الإلكترونية:

 

في الواقع إن مستشعرات الضوء الإلكترونية صلبة ومسطحة، وتكمن هنا المشكلة حيث لو تم تصنيعها على ركيزة مسطحة صلبة، حيث تم ثنيها وتشكيلها لاحقاً في شكل كثافة تعبئة أجهزة الاستشعار منخفضة نسبيا مثل الفضاء. وهو شيء مطلوب بينهما للسماح للانحناء، لذا، لو كان مفتاح النجاح هنا هو أن الفريق صنع قبة نصف كروية مسبقًا بحيث يمكن تشكيل أجهزة الاستشعار الضوئي مباشرة داخل القبة. للبدء، استخدموا ورقة رقيقة من رقائق الألومنيوم الطرية، التي تشكلت في شكل نصف كروي.

 

ثم قاموا بعزل كيميائي لفويل لتشكيل أكسيد الألومنيوم (Al2O3)، حيث يحتوي غشاء أكسيد الألومنيوم على مجموعة كثيفة من المسام النانوية. كانت هذه أماكن مثالية لاستيعاب أجهزة الاستشعار الكهربائية.

 

المستقبلات الضوئية للشبكية:

 

هذا هو المكان الذي ظهر فيه الجزء الثاني الرائع من التصميم. لمحاكاة المستقبلات الضوئية للشبكية، استخدم الفريق البيروسكيت (يوديد الفورميدينيوم). وهو مادة موصلة وحساسة للضوء تستخدم في الخلايا الشمسية. وتتشكل هذه الأسلاك النانوية الرقيقة للغاية في مسام الغشاء مباشرة. ثم تم إنشاء اتصال كهربائي بالدوائر الخارجية عن طريق مجموعة أخرى من الأسلاك النانوية مصنوعة من معدن سائل (غاليوم eutectic – سبيكة إنديوم)، والتي تنبثق من الجزء الخلفي من الجهاز، لتقليد الألياف العصبية. ومختومة في أنابيب مطاطية ناعمة.

 

بشكل دقيق تمكن الفريق من تحقيق كثافة أسلاك نانوية من 4.6 × 108 سم -2، وهذا أكبر بكثير من كثافة المستقبلات الضوئية في شبكية العين والتي تبلغ ~ 107 سم -2. وثم تتكون قزحية اصطناعية وعدسة في مقدمة الجهاز، مع نصف الكرة الأرضية الشبكية وقشرة نصف كروية مبطنة من الألمنيوم – تنجستين مبطنة لتكوين كرة مقلة العين. لمحاكاة الأجزاء الزجاجية، تم ملء الجهاز بسائل أيوني ممّا سمح بالتبادل الكهربائي المطلوب لكي تعمل الأسلاك.

 

هل استجابة المستشعرات النانوية سريعة جدا؟

 

استطاع المختصين إظهار وظيفة استشعار الصورة لجهاز المحاكاة الحيوية من خلال إعادة بناء الأنماط البصرية المسقطة على الجهاز. حيث يمكن للعين أن تعيد بناء الحروف E و I و Y على شاشة الكمبيوتر. وكان مجال الرؤية أضيق قليلاً من العين البشرية الثابتة، 100 درجة مقارنة بـ ~ 135 درجة. ويمكن أن يكتشف مجموعة كبيرة من شدة الضوء، من 0.3 ميكروات إلى 50 ملي واط لكل سنتيمتر مربع. كانت استجابة المستشعرات النانوية سريعة جدًا.

 

سواء للتفاعل أو التعافي بعد التحفيز، ~ 19 مللي ثانية و ~ 24 مللي ثانية تقريبًا. في حين تستغرق المستقبلات الضوئية في شبكية العين حوالي 40 مللي ثانية و 150 مللي ثانية. يمكن للجهاز أيضًا أن يتفوق على مستشعرات الصور المسطحة التي تنتج صورًا ذات تباين أكبر وحواف أكثر وضوحًا.

 

التطبيقات الخاصة بالعين الإلكترونية:

 

يمثل العمل المقدم هنا، في الطبيعة، خطوة حقيقية إلى الأمام في مجال العين الاصطناعية. يوفر فرصة ملموسة لاستعادة الرؤية وخلق الرؤية (في المجال الآلي). في حين، من المرجح أن يسرع هذا العمل من تقدم العيادة، لا تزال هناك العديد من العقبات التي يجب التغلب عليها.

 

طريقة أكثر إنتاجية لتصنيع مثل هذه المصفوفات:

 

في حين أن هذه العين الاصطناعية التي تثبت المفهوم تتطابق مع العين الطبيعية بل وتتفوق عليها في جوانب معينة. إلا أنها ذات دقة منخفضة حاليًا حيث تتكون من 100 بكسل فقط، ممّا يعني أن منطقة الكشف عن الضوء يبلغ عرضها 2 مم فقط. للتغلب على هذا، يمكن للفريق ببساطة زيادة كثافة الأسلاك النانوية في مساحة أكبر. وهذا يتطلب من المهندسين إيجاد طريقة أكثر إنتاجية لتصنيع مثل هذه المصفوفات كما يتم حاليًا توصيل الأسلاك النانوية واحدة في كل مرة.

 

ومع هذا فإن إحدى المشاكل التي قد يكون من الصعب حلها هي عرض الأسلاك النانوية الخارجية السائلة، والتي يبلغ قطرها حوالي 700 ميكرومتر (في القطر). وهي حاليًا ضخمة للغاية بالنسبة لمقبس العين وستحتاج إلى أن تكون بحجم بضعة ميكرومتر فقط، ولا يمكن حاليًا جعل أسلاك المعدن السائل بهذه الغرامة.

 

وكما تعد عملية تصنيع الجهاز مكلفة وبطيئة، حيث يحتاج حاليًا إلى طاقة خارجية. ومع ذلك، من المأمول أن الجهاز يمكن أن يعمل بالطاقة الذاتية، حيث يعمل كل سلك نانوي مثل خلية صغيرة تعمل بالطاقة الشمسية بواسطة البيرسكايت، ويتم تشغيله بواسطة الضوء. هل سيتيح تطوير أول عين إلكترونية ثلاثية المجال للمزيد من التطور.

 

في حين أن التوافق الحيوي وعملية العين تحتاج عمليات دقيقة، فإن التحدي الحقيقي سيكون كيفية توصيل الجهاز حتى العصب البصري. ومع ذلك، لا يمكن الاستهانة بتأثير عين المحاكاة الحيوية، وهذا العمل يجلب لنا فرصة واضحة في رؤية عيون اصطناعية في مجموعة واسعة من الاستخدامات خلال العقد المقبل.