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2020-06-12人造電子眼來了！比人眼快但解析度待優化
462 期
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【本刊訊】人眼的視覺經驗，可否被完美複製？香港科技大學電子與計算工程學系教授范智勇，日前率研究團隊研發出可感測、接收、處理影像的仿生電化學眼（biomimetic electronical eye），且在光感測、光訊號響應與解析度等方面皆可媲美人眼，部分效能甚至更好。研究發表於Nature期刊。
這個「人造眼」為一球體裝置，大致由前半球的鋁殼（aluminium shell）、晶狀體（lens）與後半球的人造視網膜組成，中間則以離子液體（ionic liauid）填充。視網膜外以矽膠（silicone polymer）製成的「眼窩（socket）」做支撐，眼窩後方則設有高密度的奈米線 （nanowire）陣列，再與共晶鎵銦合金（eutectic gallium–indium alloy）組成的液態金屬線做連接，如此便可分別模擬感光細胞（photoreceptor cell）與神經傳遞訊息至大腦的過程。
研究指出，無論在接收訊息的效能、影像品質等方面，新的人造眼都有相當不錯的成效。與相機感光的平面不同，半球形視網膜的設計可在光線穿過晶狀體後減少光的擴散，使得焦點更清晰。而在視野廣度上，人造眼可達100度，接近人單眼靜態垂直視野（約130度），且能偵測的光線強度跨度很大，約為每平方公分0.3微瓦至50毫瓦。
在光線接收與資訊處理上，後方的奈米線材質與佈局至關重要。首先，團隊利用甲脒碘化鉛（formamidinium lead iodide）這種鈣鈦礦化合物製作奈米線，優異的光電性能與穩定性，使得單條奈米線平均每秒可感測到至少86個光子，靈敏度堪比人眼視網膜的感光細胞。而在規律且快速的光脈衝下，人造眼可在19.2毫秒內處理接收到的光訊號，並在23.9毫秒內恢復，比人眼的40~150毫秒快。此外，由於奈米線陣列的密度很高，因此解析度也可提高至人眼的10倍以上。
不過，這類的人造眼面臨一些挑戰。根據研究報告，由於奈米線陣列僅有10×10個像素，而像素間約有200微米（µm）的距離，使得該設備對光的檢測區域只有2毫米寬，且製造這種陣列的成本極高，目前並不適合量產。再來，目前的液態金屬線尺寸約為700微米，若要進一步提升解析度，則需大幅減少至幾微米的尺寸。此外，中段與奈米線產生電化學反應的離子液體，若是濃度太高，恐會影響對光訊號的反應與恢復時間。
即便技術上的問題仍待解決，該人造眼在仿生眼睛的領域中，仍有相當大的突破；它不僅複製了相機與人眼的性能，更模擬出昆蟲複眼（compound eyes）的獨特結構。范智勇也提到，未來若能成功優化生物相容性與穩定性，仿生眼睛將能在十年內得到進一步的應用。
新聞來源 Leilei Gu et al., A biomimetic eye with a hemispherical perovskite nanowire array retina, Nature, 2020.