Bioniczne oczy zapewnią wzrok Supermana

Bionika zakłada naśladowanie ludzkiego ciała i stworzenia na jego wzór maszyny. Pomysł ten inspiruje od lat filmowców. Budzi zainteresowanie nie tylko autorów książek, ale i świata nauki. Fascynacja ludzkim okiem ciągnie się do lat. Przykładem są współczesne aparaty fotograficzne. Nawet sprzęt o wartości kilkuset tysięcy złotych (sic!) nie dorównuje w pełni temu, co potrafi nasz wzrok. Sama obecność pręcików oraz czopków pozwala na tworzenie dwóch systemów wizyjnych. Posiadamy bowiem receptory odbierające zarówno silne, jak i słabe światło. Mało tego jeszcze ludzkie oko pozwala na uzyskanie z nich obrazu jednocześnie dla określonej części obrazu.

Dlatego aparaty fotograficzne mają problem z ukazywaniem między innymi szczegółów przejść tonalnych w cieniach. Elektroniczne czujniki matryc nie pozwalają na selektywne analizowanie jasności światła. Zmiana czułości pozwala na rejestrowanie więcej, ale dalej ustępuje temu, co potrafią ludzkie oczy. Bez względu, czy mowa o systemach opartych o matryce trzydzieści pięć milimetrów, czy większe (pokroju Hasselblada) problem stanowią detale. Badacze pod kierunkiem profesora Fan Zhiyonga opracowali bioniczne oko.

Odróżnia się budową od klasycznych czujników. Matryce są płaskimi płytkami. Składają się z dziesiątków punktów odbierających odcienie szarości. One są przekształcane na kolory. Każdy z czujników obejmuje inny zakres kolorów, w uproszczeniu czerwieni, zieleni oraz niebieskiego. Zaproponowany projekt zaś odzwierciedla kształt gałki oczne. Do laminatu podpięte są kable transmisji danych, co pozwala na ich przetwarzanie jak typowego obrazu. Samo zastosowanie układu trójwymiarowego, a nie oparte o płaską matrycę stanowi przełom. Pozwala bowiem na pokonanie ograniczeń jakie ma nasz wzrok.

Jednym z głównym ograniczeń obecnie stosowanych układów ze względu na płaską płytkę są kwestie sąsiedztwa czujników. Każdy piksel jest kropką jaka odbiera sygnał i go przetwarza. Dlatego dziesięć megapikseli oznacza, że dziesięć tysięcy czujników odbiera obraz. Im płytka jest większa tym więcej istnieje przestrzeni między nimi. Sygnał wskutek zjawiska elektromagnetycznego jednak oddziałuje na inne elementy. Zwiększenie czułości jest czymś na wzór przyśpieszenia w samochodzie i dodania gazu. Im szybciej, tym mniej dokładniej widzimy, co mijamy po drodze. Powodem są zakłócenia.

Bioniczne oczy jakie tworzy Bionic Vision Australia, czy Second Sight nie są po prostu udoskonalonymi kamerami. Trafiają one do pacjentów z chorobami oczu, którzy nie widzą. Tamte rozwiązania jednak sięgają do tego, co stosują aparaty fotograficzne i im podobne kamery. Pacjent zakłada okulary i dzięki nim widzi obraz, bo sygnały są przesyłane do odpowiednik ośrodków w mózgu. System ten działa. Ograniczeniem są jednak zdolności do wykrywania szybkiego ruchu, a także sama jakość prezentowana tym sposobem obrazu.

Projekt Zhiyonga znany już jako EC-Eye z Politechniki w Hong Kongu obejmuje kilka warstw. Na samym początku są soczewki oraz przesłona, czyli odpowiednik ludzkiej źrenicy. Za nimi znajduje się szklana powłoka i ciekły wypełniacz. Następnie u dna bionicznego oka są dwie warstwy siatek. One zbierają sygnał przekazywany do gniazda. Za pomocą światłowodów wypełnionych ciekłym metalem badacze stworzyli nerwy. Obecnie jakość obrazu pozostawia wiele do życzenia, bo przesyłany obraz wygląda jak zbiory kwadratów.

Jednakże zespół Zhiyonga twierdzi, że wprowadzą możliwość oglądania obrazu w nocy. Artykuł z Nature „A biometric eye with a hemispheral perovskite nanowire array retina” autorstwa między innymi Leleil Gu, Swapnadeep Poddara, czy Yuanjina Lina już teraz wskazuje zastosowania projektu w maszynach i systemach biometrycznych. Stosowanie sztucznych nerwów to odwrócenie systemu żarówki z oprawką. Owa prostota pozwala na obejście ograniczeń płaskich matryc, a co za tym idzie stworzenie lepszych protez, noktowizorów dla armii, a także systemów rejestracji obrazu o potencjalnie ograniczonym efekcie śnieżenia przy wysokich czułościach.

Jacek Skrzypacz