Sistemi bioloških senzora su kompaktni i energetski efikasni. Prilikom pokušaja stvaranja poluvodičkog analoga mrežnice, suočavaju se s velikim poteškoćama: s debljinom od 0,5 mm, teži 0,5 g i troši 0,1 W.

Rice. 8.

biološka retina.

Stanice retine povezane su složenom mrežom ekscitatornih (jednostrane strelice), inhibitornih (linije sa kružićima na kraju) i dvosmjernih (dvostrane strelice) signalnih veza. Ovaj krug generiše selektivne odgovore od četiri tipa ganglijskih ćelija (ispod), koje čine 90% optičkih nervnih vlakana koja prenose vizuelne informacije do mozga. Ganglijske ćelije inkluzije "Uključeno." (zeleno) i isključite "Isključeno". (crvene) se pobuđuju kada je lokalni intenzitet svjetlosti veći ili niži nego u okolnom području. Povećanje ganglijskih ćelija "Inc." (plavo) i silazno "Dec." (žuto) stvara impulse kada se intenzitet svjetlosti povećava ili smanjuje.

Rice. 8.

silicijum retina

U elektronskim modelima retine, aksoni i dendriti svake ćelije (signalne veze) zamijenjeni su metalnim provodnicima, a sinapse tranzistorima. Permutacije ove konfiguracije stvaraju ekscitatorne i inhibitorne interakcije koje oponašaju veze između neurona. Tranzistori i provodnici koji ih povezuju smješteni su na silikonskim čipovima, čiji različiti dijelovi igraju ulogu različitih slojeva ćelija. Velike zelene površine su fototranzistori koji pretvaraju svjetlost u električne signale.

Na rana faza Tokom razvoja oka, retinalne ganglijske ćelije šalju svoje aksone u tektum, senzorni centar srednjeg mozga. Aksoni retine su vođeni hemijskim tragovima koje oslobađaju susjedne tektalne ćelije koje se aktiviraju istovremeno; kao rezultat, neuroni koji se aktiviraju istovremeno su povezani. Kao rezultat toga, u srednjem mozgu formira se mapa prostorne lokacije senzora retine.

Za modeliranje ovog procesa, programabilne žice se koriste za stvaranje samoorganizirajućih veza između stanica u Visio1 retinalnom čipu (gore) i Neurotrope1 umjetnom tektum čipu (dolje). Električni izlazni impulsi se usmjeravaju od umjetnih ganglijskih ćelija do ćelija tektuma preko memorijskog čipa (RAM) (u sredini). Retinalni čip daje adresu pobuđenog neurona, a tektum čip reprodukuje pobudni impuls na odgovarajućoj lokaciji. U našem primjeru, umjetni tektum daje instrukcije RAM-u da zamijeni adrese 1 i 2. Kao rezultat toga, završetak aksona ganglijske ćelije 2 se pomiče na tektum ćeliju 1, pomjerajući akson ganglijske ćelije 3. Aksoni reagiraju na gradijent električne naelektrisanje koje oslobađa uzbuđena ćelija, pomažući pri preusmjeravanju veza.

Nakon višestrukog aktiviranja blokova susjednih umjetnih neurona retine (naglašeni trouglovi, gore lijevo), krajnje točke aksona ćelija tektuma koje su u početku bile raspršene (istaknuti trouglovi, dolje lijevo) konvergiraju i formiraju ujednačenije trake (dolje desno).

Rice. devet.

Umjetna mrežnica "Argus" (Argus) uspješno je implantirana kod šest slijepih pacijenata, omogućavajući im da ponovo vide svjetlost i detektuju kretanje velikih svijetlih objekata.

Rice. 10.

Ovaj sistem kombinuje sićušni elektronski implant oka sa video kamerom postavljenom na tamne naočare. Mreža od 16 elektroda u implantatu povezuje se sa retinom, djelujući na fotoreceptore. Signal koji im se šalje putuje dug put od kamere: kroz procesor za obradu, zatim preko radio kanala do prijemnika koji se nalazi iza uha, a zatim kroz žice provučene ispod kože do očni implantat. Sistem može da radi samo sa pacijentima koji imaju oslabljene i oštećene fotoreceptore retine, ali zdrav optički nerv.

Pokušavaju se reproducirati neuronske strukture i njihove funkcije. To se zove morfiranje (mapiranje) neuronskih veza na silikonska elektronska kola. Ovako nastaju neuromorfni mikročipovi morfiranjem retine - nervnog tkiva Poklopac debljine 0,5 mm zadnji zid oči. Retina se sastoji od pet specijalizovanih slojeva nervne celije i vrši prethodnu obradu vizuelnih slika (slika), izdvajanje korisne informacije bez obraćanja mozgu i bez trošenja njegovih resursa.

Silicijumska mrežnica osjeća pokrete ljudske glave. Četiri tipa silicijumskih ganglijskih ćelija na Visio1 čipu oponašaju prave ćelije retine i vrše vizuelnu prethodnu obradu. Neke ćelije reaguju na tamne oblasti (crvene), druge na svetle (zelene). Treći i četvrti set ćelija prate prednje (žute) i zadnje (plave) granice objekata. Crno-bijele slike nastale dekodiranjem pokazuju šta bi slijepa osoba vidjela s neuromorfnim implantatom retine.

Retina je najvažniji dio oka. Sastoji se od miliona fotoreceptora osjetljivih na svjetlost koji su odgovorni i za boju i za sumračna vizija. Oštećenje fotoreceptora - štapića i čunjića - kao rezultat razne bolesti dovodi do postepenog pogoršanja vida i njegovog potpunog gubitka.

Vrlo često bolesti (uključujući retinitis pigmentosa) dovode do uništenja samo samih fotoreceptora, a da na bilo koji način ne utječu na neurone retine. Istraživači su već pokušali da se izbore s takvim sljepoćom, koristeći, na primjer, bioničko oko. U retine pacijenata ugrađen je poseban mikročip opremljen elektrodama. Pacijenti su zamoljeni da koriste naočare sa video kamerom, signal sa koje se prvo prenosio na čip, a zatim na mozak.

Naučnici sa Talijanskog instituta za tehnologiju predložili su fundamentalno drugačiji pristup stvaranjem veštačke retine koja se može ugraditi u oko pacijenta. "Retinalna proteza" sastoji se od nekoliko slojeva: provodnog polimernog materijala, supstrata na bazi svile i sloja poluprovodnika. On je taj koji hvata fotone koji dolaze kroz zjenicu - to dovodi do električne stimulacije neurona retine i daljeg prijenosa signala u mozak.

Istraživači su već testirali svoj izum na štakorima koji pate od degeneracije mrežnjače. Mjesec dana nakon operacije implantacije, naučnici su procijenili zjenički refleks kod životinja s umjetnom mrežnjačem, životinja koje nisu tretirane i zdravih pacova.

Reakcija na slabo osvetljenje (1 luks), uporediva sa osvetljenjem za vreme punog meseca, kod pacova sa degeneracijom mrežnjače i onih koji su primili implant, bila je praktično ista. Međutim, operirane životinje su reagirale na jače svjetlo gotovo isto kao i zdrave.

Testiranje je ponovljeno 6 i 10 mjeseci nakon operacije – vid se kod svih životinja pogoršavao kako su pacovi starili, ali je učinak ugradnje umjetne mrežnice i dalje trajao. Autori su takođe pokazali da je pod dejstvom svetlosti primarni vizuelni korteks je područje mozga koje je odgovorno za obradu vizualnih informacija.

Istraživači priznaju da još uvijek ne razumiju u potpunosti kako umjetna mrežnica funkcionira - to ostaje da se vidi. Također još nije jasno da li će nova proteza pomoći ljudima - rezultati dobiveni na životinjama ne mogu se uvijek ponoviti na pacijentima. Međutim, Grazia Pertile, jedna od članica istraživačkog tima, objašnjava da bi retina mogla biti testirana na ljudima već u drugoj polovini ove 2017. godine, a da se prvi rezultati ovih ispitivanja očekuju početkom 2018.

22/08/2018, 14:47 1.6k Pregledi 293 Sviđa mi se

kredit: Natalia Hutanu / TUM
Naučnici grafen ne nazivaju samo tako "supermaterijal". Unatoč tome što se sastoji od samo jednog sloja atoma ugljika, to je vrlo jak, super fleksibilan i ultra lagan materijal koji također provodi električnu energiju i biorazgradiv je. Nedavno je međunarodni tim istraživača pronašao način da koristi grafen za stvaranje umjetna retina oči. Retina je sloj ćelija osjetljivih na svjetlost unutarnje sluznice oka odgovornih za transformaciju slike ( elektromagnetno zračenje vidljivi dio spektra) u nervne impulse koje mozak može interpretirati. A ako ovaj tanki sloj ćelija ne funkcionira, onda osoba jednostavno ne vidi ništa.

Trenutno milioni ljudi širom sveta pate od bolesti mrežnjače koje im oduzimaju vid. Kako bi im pomogli da ponovo vide, naučnici su prije nekoliko godina razvili umjetnu mrežnicu. Međutim, sva postojeća rješenja teško se mogu nazvati idealnim, budući da su implantati kruti i ravni, pa slika koju proizvode često izgleda mutno i izobličeno. Iako su implantati krhki, oni također mogu oštetiti obližnja očna tkiva.

Dakle, grafen sa svim svojim jedinstvena svojstva može biti ključ za izgradnju bolje umjetne mrežnice. Koristeći kombinaciju grafena, molibden disulfida (još jedan dvodimenzionalni materijal), zlata, aluminijum oksida i silicijum nitrata, istraživači sa Univerziteta Teksas i Nacionalnog univerziteta u Seulu stvorili su veštačku retinu koja funkcioniše daleko bolje od bilo kog postojećeg modela. Na osnovu laboratorijska istraživanja i testovima na životinjama, naučnici su utvrdili da njihova umjetna mrežnica od grafena je biokompatibilan i sposoban oponašati funkcije ljudsko oko. Osim toga, bolje odgovara veličini prirodne mrežnice ljudskog oka.

Sa sobom je donio nove tehnologije koje su pomogle da ožive dotad nemoguće i neobične izume. Ova otkrića uključuju:

• umjetna retina;
• projekcijska tipkovnica;
• Elektronske cigarete;
• moždani interfejs;
• korištenje digitalnih kamera u mobilnim telefonima;
• digitalni sintetizator mirisa;
• elektronički papir;
• prijenosni nuklearni reaktor;
• desktop 3D skener;
• umjetni hromozom;
• "pametni" štapići za jelo;
• nanoroboti.

Pošto je prošlo čak manje od petine stoljeća, tada su, najvjerovatnije, najneobičniji izumi čovječanstva, razvijeni i stvoreni u budućnosti, ispred svih. Do danas otvorene novine pokazuju do čega je tehnički napredak stigao i koje do sada nepoznate mogućnosti čovjek može iskoristiti.

Razmotrimo detaljnije neke od neobičnih izuma čovjeka, nastalih početkom dvadeset prvog stoljeća.

umjetna retina

Ovo otkriće pripada japanskim naučnicima. Proizvedena retina je aluminijska matrica u kojoj se koriste silikonski poluvodički elementi. Rezolucija je 100 piksela.

Mrežnica će obavljati svoje funkcije ako je ugrađena u kompletu sa posebnim naočalama i malim kompjuterom. Naočare sa ugrađenom video kamerom služe za prijem i prenos slika na računar, gde se vrši obrada. Kamera u naočarima pretvara svjetlost u dijelove elektronskih impulsa. Nakon obrade slike, kompjuter je dijeli na pola i prenosi na lijevo i desno oko, do infracrvenih emitera koji se nalaze na poleđina sočiva za naočare. Naočare emituju kratke impulse infracrvenog zračenja, koje aktivira fotosenzore na mrežnjači oka i navodi ih da prenose električne impulse koji kodiraju sliku do optičkih neurona.

U budućnosti se planira da takva mrežnica može vratiti vid. slijepa osoba i pomažu vam da vidite manje objekte.

Kasnije su japanski naučnici uspjeli uzgojiti mrežnicu iz mišjih matičnih ćelija, ali testiranje još nije završeno.

Projekciona tastatura

Vremenom se pojavljuje sve više novih izuma. prisutne u ljudskom životu, jedna od njih je projekcijska tastatura.

Uz njegovu pomoć, postaje moguće projektirati tipke na površinu, gdje se pritisnu. Video projektor koji projektuje tastaturu ima senzor koji može da prati pokrete prstiju, nakon čega izračunava koordinate pritisnutih tastera i prikazuje ispravno ukucan tekst na displeju. Međutim, takva tastatura ima i nedostatke, ne može se koristiti na otvorenom.

Elektronske cigarete

Ovo otkriće jedan je kineski naučnik došao nakon što mu je otac umro od raka pluća. Ovisnost o nikotinu je jedna od najjačih na svijetu. Šta god radi osoba koja prestane pušiti. Ovu naviku pokušava zamijeniti nečim drugim, na primjer, ljepilo kupuje žvaku, pokušava pronaći alternativu pušenju.

Elektronska cigareta je uređaj koji simulira pušenje. Kada koristi takvu novinu, osoba ne odustaje od svoje navike, ne traži zamjene, već obično provodi vrijeme. Međutim, pušač ne kvari svoja pluća otrovnim katranom i produktima izgaranja, jer ih nema u ovoj vrsti uređaja. Dakle, osoba koja puši elektronske cigarete, može se riješiti ovisnosti o nikotinu.

moždani interfejs

Neobični izumi 21. veka prilično su raznoliki, a jedan od njih je moždani interfejs.

Primjer upravljanja objektima s misli pokazala je japanska kompanija. Čovjek je snagom misli natjerao skretnicu postavljenu na veliku željeznicu da se prebaci.

Princip rada: u infracrvenom spektru dolazi do transiluminacije i snimanja kore velikog mozga. Pri izvođenju ovakvog postupka jasno je vidljiv prolazak hemoglobina kroz krvne žile sa i bez kisika, a vidljiv je i volumen krvi u različitim dijelovima mozga. Mašina prevodi takve promjene u signale napona koji upravljaju vanjskim uređajima. Ovako se upravlja skretnicom.

Projektom se planira postići složenije dešifriranje promjena u radu ljudskog mozga. Prijem signala izvršenja bit će vrhunac razvoja interfejsa čovjek-mašina.

Digitalni sintisajzer mirisa

Danas više nikoga nećete iznenaditi 3D zvukom ili 3D videom. Danas su to prilično popularni izumi. Neobične tehnologije ušle su u naše živote početkom 21. veka. Francuska kompanija predstavlja svoje digitalno rješenje za mjerenje mirisa. Pojava ovakvog noviteta unela je raznolikost u "digitalni život" društva. Različiti mirisi će se sintetizirati iz patrona. To će dodati polet gledanju filmova i video igrica.

Elektronski papir

To je isto kao i elektronsko mastilo. Informacije se prikazuju na posebnom displeju. E-knjige koriste elektronski papir, a koristi se iu drugim oblastima. Elektronsko mastilo u reflektovanoj svetlosti može da prikaže grafiku i tekst dugo vremena bez trošenja puno energije.

Prednosti ovog papira:

• uštedu energije;
• ova vrsta čitanja ne opterećuje oči, kao običan papir, pa samim tim ne kvari čovjekov vid.

Elektronski papir može prikazati video pri 6 sličica u sekundi, prenosi 16 nijansi sive.

Nastavlja se rad na poboljšanju ovog izuma i povećanju brzine prikaza.

Desktop 3D skener

Princip rada takvog uređaja je korištenje dvije kamere, slika iz kojih se formira i upoređuje. Uz pomoć takvog skenera kreiraju se precizni trodimenzionalni modeli potrebnih objekata. Oni se odražavaju sa maksimalnom preciznošću raznih detalja. Informacija se prenosi u matematičkom, kompjuterskom i digitalnom obliku, nosi podatke o veličini, obliku, boji skeniranog elementa.

Računar kontroliše postavke slike. Svi primljeni podaci se analiziraju, a slika se pojavljuje na ekranu već u trodimenzionalnom prostoru.

"Pametni" kineski štapići za jelo

Jedan od dvadeset prvog veka je pažnji publike predstavio „pametne“ štapiće za jelo. Suština ovog izuma je da kada se štapići za jelo urone u hranu, informacije o kvaliteti hrane se prikazuju na ekranu gadgeta na kojem je instalirana potrebna aplikacija. Odnosno, ispuštanjem, na primjer, štapića u ulje, vidjet ćete poruku "dobro" ili "loše" na ekranu, ovisno o kvaliteti proizvoda koji se provjerava.

Situacija s proizvodima u Kini navela je naučnike da objave takav izum. Mnoge bolesti su identifikovane u zemlji upravo zbog konzumiranja nekvalitetne hrane. Često se proizvodi kuhaju u istom ulju, što dovodi do pojave otrovnih tvari u njemu.

"Pametni" štapovi mogu pokazati:

• svježina ulja;
• pH nivo;
• temperatura tečnosti;
• broj kalorija u voću.

Proizvođači će proširiti mogućnosti štapova kako bi se mogli koristiti za određivanje velika količina indikatori unosa hrane. još nije pušten na javno tržište, jer masovna proizvodnja još nije u toku.

Izum: nanoroboti

Do danas mnogi znanstvenici nastoje stvoriti nanorobote - mašine koje mogu raditi na nuklearnim i molekularni nivoi. Takav izum će omogućiti proizvodnju molekularnih materijala. Biće moguće, na primjer, napraviti kisik ili vodu. Takođe u ekonomskoj sferi moći će da stvaraju hranu, gorivo i učestvuju u drugim procesima koji osiguravaju ljudski život. Takvi roboti će moći sami da kreiraju.

Nanotehnologije su simbol budućnosti i jedan od vektora razvoja civilizacije. Njihova upotreba je moguća u gotovo svim sferama ljudskog života.

U medicini će pojava nanorobota dovesti do potpuno izlečenje ljudsko tijelo. Mogu se lansirati u tijelo. Pravilno programirane mašine će početi uništavati viruse i druge štetne tvari koje se nalaze u tijelu. Uz pomoć nanotehnologije, možete dati lijep i zdrav izgled ljudska koža.

U ekologiji, elektronske mašine će pomoći da se zaustavi zagađenje planete. Uz njihovu pomoć bit će moguće pročistiti vodu, zrak i druge vitalne izvore zdravlja ljudi.

Ovakvi neobični izumi čovječanstva mogu pomoći u rješavanju složenih problema, ali trenutno je razvoj u fazi istraživanja.

Do danas su stvorene neke komponente budućih molekularnih mašina, a održavaju se i razne konferencije o pitanju stvaranja nanorobota.

Postoje primitivni prototipovi budućih mašina. 2010. godine po prvi put su prikazane molekularne mašine zasnovane na DNK koje se mogu kretati kroz svemir.

Svijet nanotehnologije ne miruje, a možda će se 21. vijek i dalje nazivati ​​stoljećem u kojem će se pojaviti najneobičniji izumi.

virtuelni svet

Novi vijek je sa sobom donio virtuelnu komunikaciju, izlaske, igrice. Čovjek izgrađuje vlastite horizonte, kreira vlastite virtuelne stranice na svjetskim društvenim mrežama. Stoga možemo reći da su neobični izumi stvoreni vlastitim rukama društvene mreže.

Razvoj tehnologije dovodi do smanjenja stvarnih sastanaka i sve više naginje virtuelnoj komunikaciji.

Novi virtuelni izumi, čije neobične funkcije pomažu osobi da se prilagodi u virtuelnom društvu, su:

Zaključak

Izumi su glupi i pametni, korisni i ne baš korisni. Međutim, svake godine se neobični izumi svijeta poboljšavaju, na pozadini nekih razvijaju se drugi. Čovječanstvo nastoji izmisliti nešto izuzetno što će iznenaditi svakoga. U isto vrijeme, novina bi trebala donijeti udobnost u život ljudi, na neki način olakšati život čovjeku.

21. vek će i dalje donositi nove izume, neobične mogućnosti, zahvaljujući kojima će čovečanstvo moći da istražuje do sada neistražene prostore i stiče nova znanja.

Istraživači Medicinskog fakulteta Univerziteta Stanford, predvođeni profesorom Danielom Palankerom, razvili su bežični implantat retine koji će u budućnosti vratiti vid pet puta bolje od postojećih uređaja. Rezultati studija na štakorima pokazuju sposobnost novog uređaja da pruži funkcionalni vid pacijentima s degenerativnim oboljenjima retine kao što su retinitis pigmentosa i makularna degeneracija.

Degenerativna oboljenja mrežnjače dovode do uništenja fotoreceptora – takozvanih štapića i čunjića – dok je ostatak oka, po pravilu, očuvan u dobrom stanju. Novi implantat koristi električnu ekscitabilnost jedne od populacija neurona retine poznatih kao bipolarne ćelije. Ove ćelije obrađuju signale iz fotoreceptora prije nego stignu do ganglijskih stanica, koje šalju vizualne informacije u mozak. Stimulacijom bipolarnih ćelija, implantat koristi prednosti važnih prirodnih svojstava neuronskog sistema retine, što rezultira detaljnijim slikama od uređaja koji ne ciljaju ove ćelije.

Implantat, napravljen od silicijum oksida, sastoji se od heksagonalnih fotoelektričnih piksela koji pretvaraju svjetlost koju emituju specijalne naočare koje se stavljaju na oči pacijenta u električnu struju. Ovi električni impulsi stimulišu bipolarne ćelije u retini, pokrećući neuralnu kaskadu koja stiže do mozga.

Pročitajte također:

Kako izgledaju magnetni talasi?

Čip čvrstog kompasa koji šalje signale u područja moždane kore slijepog pacova odgovorna za obradu vizualnih informacija omogućio je životinji da "vidi" geomagnetna polja.

Bežična retinalna proteza

Biotehnolozi sa Univerziteta Stanford uspješno su transplantirali retinalne proteze u oči pacova koji rade bez izvora napajanja i zahtijevaju minimalno hirurška intervencija za implantaciju.

Elektronske mrežnice se poboljšavaju

Alpha IMS bežična bionička retina radi bez eksterne kamere, omogućavajući slobodno kretanje očiju i šalje signale od 1500 piksela do obližnjih neuronskih slojeva mrežnjače i do optički nerv, potpuno oponašajući rad fotoreceptorskih ćelija.

Prva elektronska retina ulazi na američko tržište

FDA je odobrila prvu umjetnu retinu, implantabilni uređaj s nekim od funkcija retine koji će pomoći ljudima koji su izgubili vid zbog genetska bolest- pigmentozni retinitis.

Optoelektronska retina bez baterija

Kako bi stvorili umjetnu mrežnicu, naučnici su odlučili koristiti fotoćelije koje se aktiviraju infracrveni snop, koji je omogućio kombinovanje prenosa vizuelnih informacija sa prenosom energije i pojednostavio uređaj implantata.