Un ojo bionico podría restaurar la vista a los ciegos y mejorar en gran medida la visión robótica. Aunque los sensores visuales actuales están muy lejos de los impresionantes atributos del diseño de la naturaleza.
Ahora los investigadores han encontrado una manera de imitar su estructura y crear un ojo artificial que reproduzca muchas de sus capacidades.
¿Cómo se crea un ojo bionico?
Una parte clave de lo que hace que el diseño del ojo sea tan poderoso es su forma, pero también es una de las cosas más difíciles cosas para imitar.
La forma cóncava de la retina, la capa de tejido cargada de fotorreceptores en la parte posterior del ojo, permite captar mucha más luz a medida que pasa a través de la lente curvada. Pero replicar este conjunto de sensores curvos en un ojo bionico ha resultado difícil.
La mayoría de los enfoques anteriores se han basado en la fabricación de fotosensores en superficies planas antes de doblarlos o trasplantarlos en curvas unos.
El problema con este enfoque es que limita la densidad de los fotosensores y, por lo tanto, la resolución del ojo biónico, porque es necesario dejar espacio entre los sensores para permitir la transformación de plano a curvo.
En un artículo publicado la semana pasada en Naturaleza, sin embargo, los investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong idearon una forma de construir fotosensores directamente en la retina artificial emisérica.
Esto les permitió crear un dispositivo que puede imitar el amplio campo de visión, la capacidad de respuesta y la resolución del ojo humano.
Imitar al ojo humano
“La imitación estructural del ojo artificial de Gu y sus colegas es ciertamente impresionante, pero lo que lo hace realmente sobresalir de los dispositivos previamente reportados es que muchas de sus capacidades sensoriales se comparan favorablemente con las de su contraparte natural“, escribe Hongrui Jiang, ingeniero de la Universidad de Wisconsin Madison, en una perspectiva en Naturaleza.
La clave del avance fue una forma ingeniosa de implantar fotosensores en una retina artificial en forma de cúpula. El equipo creó un hemisferio de óxido de aluminio salpicado de poros de nanoescala densamente empaquetados. Luego usaron deposición de vapor para cultivar nanocables dentro de estos poros hechos de perovskita, un tipo de compuesto fotosensible utilizado en las células solares.
Estos nanocables actúan como el equivalente artificial de los fotorreceptores. Cuando la luz pasa sobre ellos, transmiten señales eléctricas que son recogidas por cables de metal líquido unidos a la parte posterior de la retina.
Los investigadores crearon otro hemisferio hecho de aluminio con una lente en el centro para actuar como la parte frontal del ojo, y llenaron el espacio entre esta y la retina con un líquido iónico diseñado para imitar el humor acuoso fluido que constituye la mayor parte del ojo humano.
Luego, los investigadores conectaron el ojo biónico a una computadora y demostraron que podía reconocer una serie de letras.
Si bien el ojo artificial no pudo alcanzar el campo de visión 130 de un ojo humano, logró 100 grados , que es una mejora considerable sobre los grados más o menos 70 que puede lograr un sensor plano.
Mejorando un ojo robotico
Sin embargo, en otras áreas, el enfoque tiene el potencial de mejorar los ojos biológicos. Los investigadores descubrieron que los fotodetectores de los nanocables eran mucho más sensibles.
Se activaron en tan solo 19.2 milisegundos y se recuperaron hasta un punto donde podrían activarse nuevamente en 23.9 milisegundos. Los tiempos de respuesta y recuperación en fotorreceptores humanos varían de 40 a 150 milisegundos.
La densidad de nanocables en la retina artificial también es mayor que 10 veces la de los fotorreceptores en el ojo humano, lo que sugiere que la tecnología podría finalmente lograr una resolución mucho más alta que la naturaleza.
La gran limitación en este momento es conectar estos fotosensores. Las conexiones de metal líquido son actualmente dos órdenes de magnitud más anchas que los nanocables, por lo que cada uno se conecta a muchos fotosensores, y solo es posible si se conecta a la parte posterior de la retina.
Eso significa que a pesar de la densidad de los fotosensores, el ojo tiene una resolución de solo 100 píxeles.
Los investigadores idearon una forma de utilizar campos magnéticos para conectar microagujas de níquel a solo tres nanocables a la vez, pero el proceso manual es complicado. Sería imposible de escalar a millones de nanocables presentes en la retina artificial.
Aún así, el dispositivo representa una prueba de concepto prometedor que sugiere que pronto podremos replicar e incluso mejorar uno de los diseños más exquisitos de la naturaleza, la vista.
“Dados estos avances, parece factible que podamos presenciar el amplio uso de los ojos artificiales y biónicos en la vida diaria en la próxima década“, escribe Jiang.
