Sistemele de senzori biologici sunt compacte și eficiente din punct de vedere energetic. Când încearcă să creeze un analog semiconductor al retinei, se confruntă cu mari dificultăți: cu o grosime de 0,5 mm, cântărește 0,5 g și consumă 0,1 W.

Orez. opt.

retina biologică.

Celulele retiniene sunt conectate printr-o rețea complexă de conexiuni de semnalizare excitatoare (săgeți unilaterale), inhibitoare (linii cu cercuri la capăt) și bidirecționale (săgeți cu două fețe). Acest circuit generează răspunsuri selective de la patru tipuri de celule ganglionare (mai jos), care alcătuiesc 90% din fibrele nervului optic care transportă informații vizuale către creier. Celulele ganglionare de incluziune „On”. (verde) și dezactivați „Oprit”. (roșu) sunt excitate atunci când intensitatea luminii locale este mai mare sau mai mică decât în ​​zona înconjurătoare. Creșterea celulelor ganglionare "Inc." (albastru) și descendent „Dec.” (galben) generează impulsuri atunci când intensitatea luminii crește sau scade.

Orez. opt.

retina de siliciu

În modelele electronice ale retinei, axonii și dendritele fiecărei celule (conexiuni de semnal) sunt înlocuiți cu conductori metalici, iar sinapsele cu tranzistori. Permutările acestei configurații creează interacțiuni excitatorii și inhibitorii care imită conexiunile dintre neuroni. Tranzistoarele și conductorii care le conectează sunt amplasate pe cipuri de siliciu, diferite părți ale cărora joacă rolul diferitelor straturi de celule. Zonele verzi mari sunt fototranzistoare care transformă lumina în semnale electrice.

Pe stadiu timpuriuÎn timpul dezvoltării ochiului, celulele ganglionare retiniene își trimit axonii către tectum, centrul senzorial al creierului mediu. Axonii retinieni sunt ghidați de urme chimice eliberate de celulele tectale adiacente care sunt activate simultan; ca urmare, neuronii care se declanșează simultan sunt conectați. Ca rezultat, o hartă a locației spațiale a senzorilor retinieni este formată în mijlocul creierului.

Pentru a modela acest proces, fire programabile sunt folosite pentru a crea conexiuni auto-organizate între celulele din cipul retinian Visio1 (sus) și cipul de tectum artificial Neurotrope1 (de jos). Impulsurile electrice de ieșire sunt direcționate de la celulele ganglionare artificiale către celulele tectum printr-un cip de memorie (RAM) (din mijloc). Cipul retinian emite adresa neuronului excitat, iar cipul tectum reproduce impulsul de excitație în locația potrivită. În exemplul nostru, tectumul artificial indică RAM-ului să schimbe adresele 1 și 2. Ca rezultat, terminația axonală a celulei ganglionare 2 se deplasează în celula tectum 1, deplasând axonul celulei ganglionare 3. Axonii răspund la gradientul de electricitate. sarcina eliberată de celula excitată, ajutând la redirecționarea conexiunilor.

După declanșarea multiplă a blocurilor de neuroni retinieni artificiali vecini (triunghiuri evidențiate, stânga sus), punctele finale axonale ale celulelor tectum care au fost împrăștiate inițial (triunghiuri evidențiate, stânga jos) converg și formează benzi mai uniforme (dreapta jos).

Orez. 9.

Retinele artificiale „Argus” (Argus) au fost implantate cu succes la șase pacienți nevăzători, permițându-le să vadă din nou lumina și să detecteze mișcarea obiectelor luminoase mari.

Orez. zece.

Acest sistem combină un mic implant electronic de ochi cu o cameră video montată ochelari de culoare închisă. O grilă de 16 electrozi din implant se conectează la retină, acționând asupra fotoreceptorilor. Semnalul transmis lor parcurge o distanță lungă de la cameră: prin procesorul de procesare, apoi prin canalul radio până la receptorul situat în spatele urechii și apoi prin firele întinse sub piele pentru implant ocular. Sistemul poate funcționa numai cu pacienții care au fotoreceptorii retinieni slăbiți și deteriorați, dar cu nervul optic sănătos.

Se încearcă reproducerea structurilor neuronale și a funcțiilor acestora. Aceasta se numește transformarea (cartarea) conexiunilor neuronale pe circuite electronice de siliciu. Acesta este modul în care microcipurile neuromorfe sunt create prin transformarea retinei - tesut nervos Acoperire cu grosimea de 0,5 mm zidul din spate ochi. Retina este formată din cinci straturi specializate de celule nervoase și realizează preprocesarea imaginilor vizuale (imagini), extragând Informatii utile fără să se adreseze creierului și fără să-și irosească resursele.

Retina de silicon simte miscarile capului uman. Patru tipuri de celule ganglionare de siliciu de pe cipul Visio1 imită celulele retiniene reale și efectuează preprocesare vizuală. Unele celule răspund la zonele întunecate (roșu), altele la zonele luminoase (verde). Al treilea și al patrulea set de celule urmăresc granițele din față (galben) și din spate (albastru) ale obiectelor. Imaginile alb-negru produse de decodificare arată ce ar vedea un orb cu un implant retinian neuromorf.

Cercetătorii de la Facultatea de Medicină de la Universitatea Stanford, conduși de profesorul Daniel Palanker, au dezvoltat un implant retinian wireless care, în viitor, va restabili vederea de cinci ori mai bună decât dispozitivele existente. Rezultatele studiilor la șobolani demonstrează capacitatea noului dispozitiv de a oferi viziune funcțională pacienților cu boli degenerative ale retinei, cum ar fi retinita pigmentară și degenerescența maculară.

Bolile degenerative ale retinei duc la distrugerea fotoreceptorilor - așa-numitele baghete și conuri - în timp ce restul ochiului, de regulă, se păstrează în stare bună. Noul implant folosește excitabilitatea electrică a uneia dintre populațiile de neuroni retinieni cunoscute sub numele de celule bipolare. Aceste celule procesează semnalele de la fotoreceptori înainte de a ajunge la celulele ganglionare, care trimit informații vizuale către creier. Prin stimularea celulelor bipolare, implantul profită de proprietățile naturale importante ale sistemului neuronal retinian, rezultând imagini mai detaliate decât dispozitivele care nu vizează aceste celule.

Implantul, realizat din oxid de siliciu, este format din pixeli fotoelectrici hexagonali care convertesc lumina emisa de ochelari speciali pusi pe ochii pacientului intr-un curent electric. Aceste impulsuri electrice stimulează celulele bipolare din retină, declanșând o cascadă neuronală care ajunge la creier.

Citeste si:

Cum arată undele magnetice?

Un cip de busolă în stare solidă care trimite semnale către zonele din cortexul cerebral al șobolanului orb responsabile cu procesarea informațiilor vizuale a permis animalului să „vadă” câmpurile geomagnetice.

Proteză retiniană fără fir

Biotehnologii de la Universitatea Stanford au transplantat cu succes proteze retiniene în ochii șobolanilor care se descurcă fără sursă de energie și necesită minim intervenție chirurgicală pentru implantare.

Retinele electronice se îmbunătățesc

Retina bionică wireless Alpha IMS funcționează fără o cameră externă, permițând mișcarea liberă a ochilor și trimite semnale de la 1500 de pixeli către straturile neuronale din apropiere ale retinei și către nervul optic, imitând complet munca celulelor fotoreceptoare.

Prima retină electronică intră pe piața din SUA

FDA a aprobat prima retină artificială, un dispozitiv implantabil cu unele dintre funcțiile retinei care va ajuta persoanele care și-au pierdut vederea din cauza boala genetica- retinită pigmentară.

Retina optoelectronica fara baterii

Pentru a crea o retină artificială, oamenii de știință au decis să folosească fotocelule activate cu infraroșu, care au făcut posibilă combinarea transmiterii informațiilor vizuale cu transmiterea energiei și simplificarea dispozitivului de implant.

MOSCOVA, 13 mai - RIA Novosti. Biotehnologii americani au creat un prototip de retină artificială care nu necesită un sistem de alimentare și funcționează cu energie infraroșie, potrivit unui articol publicat în revista Nature Photonics.

Astăzi, oamenii de știință din întreaga lume dezvoltă mai multe tipuri de implanturi care, teoretic, pot restabili vederea pierdută ca urmare a bolilor degenerative sau a accidentelor. În unele cazuri, biologii experimentează cu celule stem sau cu celule individuale ale retinei; în altele, fizicienii și biotehnologii încearcă să adapteze diferite dispozitive electronice pentru a funcționa cu creierul uman și animal. Cu toate acestea, până acum nu s-a făcut niciun progres semnificativ în niciun studiu.

ochi cibernetic

Un grup de oameni de știință condus de James Loudin (James Loudin) de la Universitatea Stanford (SUA) a dezvoltat un nou tip de retină electronică, potrivită pentru imagistica de înaltă definiție și care nu necesită o sursă de alimentare externă - principalul obstacol în calea dezvoltării unui astfel de tehnologii.

„Invenția noastră funcționează aproape în același mod ca panourile solare de pe acoperișul unei case, transformând lumina în impulsuri electrice. Cu toate acestea, în cazul nostru, electricitatea nu alimentează „frigiderul”, ci este trimisă la retină ca semnal. ”, a spus unul dintre membrii grupului Daniel Palanker (Daniel Palanker).

retina artificiala Ochiul lui Laudin și al colegilor săi este un set de multe plăci microscopice de siliciu care combină un element sensibil la lumină, un generator de electricitate și alte câteva elemente. Această retină necesită ochelari speciali cu o cameră video încorporată și un computer de buzunar care procesează imaginea.

Acest dispozitiv funcționează după cum urmează: o cameră în ochelari transformă continuu lumina în porțiuni de impulsuri electronice. Fiecare „cadru” este procesat pe un computer, împărțit în două jumătăți - pentru ochii drept și stâng și transmis către emițători în infraroșu pe reversul lentile de ochelari. Ochelarii emit impulsuri scurte de radiație infraroșie, care activează senzorii foto de pe retina ochiului și îi determină să transmită impulsuri electrice care codifică o imagine neuronilor optici.

„Implanturile moderne sunt foarte voluminoase, iar operațiile de inserare a tuturor componentelor necesare în ochi sunt incredibil de dificile. În cazul nostru, chirurgul trebuie să facă doar o mică incizie pe retină și să scufunde sub ea componenta fotosensibilă a dispozitivului, ” a continuat Palanker.

perspectivă în infraroșu

Potrivit oamenilor de știință, utilizarea luminii infraroșii pentru a transmite informații are două avantaje cheie. În primul rând, vă permite să creșteți puterea pulsului la valori foarte mari, fără a provoca durere în celulele retiniene vii, deoarece celulele sensibile la lumină nu răspund la radiația infraroșie. În al doilea rând, puterea mare de radiație îmbunătățește claritatea imaginii în cazurile în care neuronii de sub retină sunt grav deteriorați sau răspund slab la impulsurile electrice.

Oamenii de știință au testat lucrările invenției lor pe retinele ochiului și pe țesutul nervos prelevat de la șobolani văzători și orbi. În acest experiment, ei au atașat fotocelule de bucăți mici ale retinei, au conectat electrozii la neuronii din apropiere și au urmărit să vadă dacă au început să emită impulsuri atunci când sunt expuși la lumină vizibilă și infraroșie.

A adus cu el noi tehnologii care au contribuit la aducerea la viață a unor invenții anterior imposibile și neobișnuite. Aceste descoperiri includ:

• retina artificiala;
• tastatura de proiectie;
• Tigara electronica;
• interfața creierului;
• utilizarea camerelor digitale în telefoanele mobile;
• sintetizator digital de mirosuri;
• hârtie electronică;
• reactor nuclear portabil;
• scaner 3D desktop;
• cromozom artificial;
• betisoare „inteligente”;
• nanoroboți.

Deoarece a trecut chiar mai puțin de o cincime de secol, atunci, cel mai probabil, cele mai neobișnuite invenții ale omenirii, dezvoltate și create în viitor, sunt înaintea tuturor. Până în prezent, noutățile deschise arată ce progres tehnic a ajuns și ce oportunități necunoscute anterior poate folosi o persoană.

Să luăm în considerare mai detaliat câteva dintre invențiile neobișnuite ale omului, create la începutul secolului XXI.

retina artificiala

Această descoperire aparține oamenilor de știință japonezi. Retina produsă este o matrice de aluminiu, în care sunt utilizate elemente semiconductoare de siliciu. Rezoluția este de 100 pixeli.

Retina își va îndeplini funcțiile dacă a fost instalată complet cu ochelari speciali și un mic computer. Ochelarii cu o cameră video încorporată sunt utilizați pentru a primi și transmite imagini către un computer, unde are loc procesarea. Camera din ochelari transformă lumina în porțiuni de impulsuri electronice. După procesarea imaginii, computerul o împarte în jumătate și o transmite ochiului stâng și drept, către emițători de infraroșu amplasați pe spatele lentilelor ochelarilor. Ochelarii emit impulsuri scurte de radiație infraroșie, care activează senzorii foto de pe retina ochiului și îi determină să transmită impulsuri electrice care codifică o imagine neuronilor optici.

În viitor, este planificat ca o astfel de retină să poată restabili vederea. persoana oarbași vă ajută să vedeți obiecte mai mici.

Mai târziu, oamenii de știință japonezi au reușit să crească retina din celulele stem de șoarece, dar testarea nu a fost încă finalizată.

Tastatura de proiectie

De-a lungul timpului, apar tot mai multe invenții noi. sunt prezente în viața umană, una dintre ele este o tastatură de proiecție.

Cu ajutorul acestuia, devine posibilă proiectarea tastelor pe suprafață, unde sunt apăsate. Videoproiectorul care proiectează tastatura are un senzor care poate urmări mișcările degetelor, după care calculează coordonatele tastelor apăsate și afișează textul tastat corect pe display. Cu toate acestea, o astfel de tastatură are și dezavantaje; nu poate fi folosită în aer liber.

Tigara electronica

Această descoperire a fost făcută de un om de știință chinez după ce tatăl său a murit de cancer pulmonar. Dependența de nicotină este una dintre cele mai puternice din lume. Orice face o persoană care se lasă de fumat. El încearcă să înlocuiască acest obicei cu altceva, de exemplu, lipiciul cumpără gumă, încearcă să găsească o alternativă la fumat.

O țigară electronică este un dispozitiv care simulează fumatul. Când folosește o astfel de noutate, o persoană nu renunță la obiceiul său, nu caută înlocuitori, ci de obicei petrece timp. Cu toate acestea, fumătorul nu își strică plămânii cu gudron otrăvitor și produse de ardere, deoarece aceștia sunt absenți în acest tip de dispozitiv. Deci persoana care fumează tigara electronica, poate scăpa de dependența de nicotină.

interfata creierului

Invențiile neobișnuite ale secolului 21 sunt destul de diverse, iar una dintre ele este interfața creierului.

Un exemplu de gestionare a obiectelor cu gândire a fost demonstrat de o companie japoneză. Un bărbat, prin puterea gândirii, a forțat comutatorul instalat pe o cale ferată de mari dimensiuni.

Principiul de funcționare: în spectrul infraroșu are loc transiluminarea și filmarea cortexului cerebral. Când se efectuează o astfel de procedură, trecerea hemoglobinei prin vase atât cu cât și fără oxigen este clar vizibilă, în timp ce volumul de sânge din diferite părți ale creierului este, de asemenea, vizibil. Aparatul traduce astfel de modificări în semnale de tensiune care controlează dispozitivele externe. Așa este controlat comutatorul trenului.

Proiectul este planificat pentru a realiza o descifrare mai complexă a schimbărilor în activitatea creierului uman. Recepția semnalelor de execuție va fi punctul culminant al dezvoltării interfeței om-mașină.

Sintetizator digital de parfum

Astăzi, nu vei mai surprinde pe nimeni cu sunet 3D sau video 3D. Astăzi, acestea sunt invenții destul de populare. Tehnologiile neobișnuite au intrat în viața noastră la începutul secolului al XXI-lea. Compania franceză își prezintă soluția digitală de măsurare a mirosurilor. Apariția unei astfel de noutăți a adus diversitate în „viața digitală” a societății. Din cartușe vor fi sintetizate o varietate de arome. Va adăuga entuziasm vizionarii de filme și jocuri video.

Hârtie electronică

Este la fel ca cerneala electronică. Informațiile sunt afișate pe un afișaj special. Cărțile electronice folosesc hârtie electronică și este folosită și în alte domenii. Cerneala electronică în lumină reflectată poate afișa grafică și text pentru o lungă perioadă de timp, fără a cheltui multă energie.

Avantajele acestei lucrări:

• economie de energie;
• acest tip de lectură nu îngreunează ochii, ca hârtia obișnuită și, prin urmare, nu strică vederea unei persoane.

Hârtia electronică poate afișa video cu 6 cadre pe secundă, transmite 16 nuanțe de gri.

Lucrările continuă pentru îmbunătățirea acestei invenții și creșterea vitezei de afișare.

Scaner 3D desktop

Principiul de funcționare al unui astfel de dispozitiv este utilizarea a două camere, a căror imagine este formată și comparată. Cu ajutorul unui astfel de scaner, sunt create modele tridimensionale precise ale obiectelor necesare. Acestea sunt reflectate cu acuratețe maximă a diferitelor detalii. Informația este transmisă în formă matematică, informatică și digitală, poartă date despre dimensiunea, forma, culoarea elementului scanat.

Computerul controlează setările de imagine. Toate datele primite sunt analizate, iar imaginea apare pe ecran deja în spațiu tridimensional.

Bețișoare chinezești „inteligente”.

Unul din secolul al XXI-lea a prezentat în atenția publicului bețișoare „inteligente”. Esența acestei invenții este că atunci când bețișoarele sunt scufundate în alimente, informațiile despre calitatea alimentelor sunt afișate pe ecranul gadgetului pe care este instalată aplicația necesară. Adică, coborând, de exemplu, lipii în ulei, veți vedea pe ecran un mesaj „bun” sau „rău”, în funcție de calitatea produsului verificat.

Situația cu produsele din China i-a determinat pe oamenii de știință să lanseze o astfel de invenție. Multe boli au fost identificate în țară tocmai din cauza consumului de alimente de proastă calitate. Adesea, produsele sunt gătite în același ulei, ceea ce duce la apariția unor substanțe toxice în el.

Bastoanele „inteligente” pot arăta:

• prospețimea uleiului;
• nivelul pH-ului;
• temperatura lichidului;
• numărul de calorii din fructe.

Producătorii vor extinde capacitățile stick-urilor, astfel încât acestea să poată fi utilizate pentru a determina cantitate mare indicatori ai consumului de alimente. nu a fost încă lansat pe piața publică, deoarece producția de masă nu este încă în curs.

Invenție: nanoroboți

Până în prezent, mulți oameni de știință se străduiesc să creeze nanoroboți - mașini care pot funcționa pe bază nucleară și niveluri moleculare. O astfel de invenţie va permite producerea de materiale moleculare. Va fi posibil, de exemplu, să se facă oxigen sau apă. Tot în sfera economică, ei vor putea să creeze alimente, combustibil și să participe la alte procese care asigură viața omului. Astfel de roboți se vor putea crea singuri.

Nanotehnologiile sunt un simbol al viitorului și unul dintre vectorii dezvoltării civilizației. Utilizarea lor este posibilă în aproape toate sferele vieții umane.

În medicină, apariția nanoroboților va duce la vindecare completă corpul uman. Ele pot fi lansate în corp. Mașinile programate corespunzător vor începe să distrugă virușii și alte substanțe dăunătoare care se află în interiorul corpului. Cu ajutorul nanotehnologiei, puteți oferi un frumos și aspect sănătos pielea umană.

În ecologie, mașinile electronice vor ajuta la stoparea poluării planetei. Cu ajutorul lor, va fi posibilă purificarea apei, a aerului și a altor surse vitale pentru sănătatea umană.

Astfel de invenții neobișnuite ale omenirii pot ajuta la rezolvarea unor probleme complexe, dar în momentul de față evoluțiile sunt în stadiul de cercetare.

Până în prezent, au fost create unele componente ale viitoarelor mașini moleculare și au loc diverse conferințe pe tema creării nanoroboților.

Există prototipuri primitive ale mașinilor viitoare. În 2010, au fost prezentate pentru prima dată mașini moleculare bazate pe ADN care se pot deplasa prin spațiu.

Lumea nanotehnologiei nu stă pe loc și poate că secolul XXI va fi numit în continuare secolul în care vor apărea cele mai neobișnuite invenții.

lume virtuala

Noul secol a adus cu el comunicarea virtuală, întâlnirile, jocurile. O persoană își construiește propriile orizonturi, își creează propriile pagini virtuale în rețelele sociale mondiale. Prin urmare, putem spune că invențiile neobișnuite create de propriile mâini sunt rețelele de socializare.

Dezvoltarea tehnologiei duce la o scădere a întâlnirilor reale și înclină mai mult spre comunicarea virtuală.

Noile invenții virtuale, ale căror funcții neobișnuite ajută o persoană să se adapteze într-o societate virtuală, sunt:

Concluzie

Invențiile sunt stupide și inteligente, utile și nu foarte utile. Cu toate acestea, în fiecare an invențiile neobișnuite ale lumii sunt îmbunătățite, pe fundalul unora, altele se dezvoltă. Omenirea se străduiește să inventeze ceva extraordinar care să surprindă pe toată lumea. În același timp, noutatea ar trebui să aducă comoditate în viața oamenilor, să ușureze viața unei persoane într-un fel.

Secolul XXI va aduce în continuare noi invenții, oportunități neobișnuite, datorită cărora omenirea va putea explora spații neexplorate anterior și va dobândi cunoștințe noi.

• A fost creată o retină artificială care poate restabili vederea normală chiar și persoanelor complet nevăzătoare

Oamenii de știință de la Weill Cornell Medical College au reușit să descifreze codul Retea neurala retina șoarecelui. Datorită acestui fapt, încercarea de a crea un ochi artificial a fost încununată cu succes, ceea ce a permis șoarecilor orbi să-și restabilească vederea. În plus, codul retinei maimuțelor a fost deja „pirat” în acest fel și este aproape identic cu retina umană. Autorii descoperirii speră că în viitorul apropiat vor putea să dezvolte și să testeze un dispozitiv cu ajutorul căruia nevăzătorii își pot reda vederea.

Această descoperire va permite orbilor să vadă nu numai contururile obiectelor, ci va reveni la o viziune absolut normală, cu capacitatea de a vedea trăsăturile faciale ale interlocutorului. În această etapă a studiului, animalele experimentale pot deja să facă distincția între obiectele în mișcare.

Acum oamenii de știință lucrează la un dispozitiv mic, cum ar fi un cerc sau ochelari, cu care lumina colectată va fi convertită într-un cod electronic care creier uman se transformă într-o imagine.

Bolile retinei sunt una dintre cele mai multe cauze comune orbire, cu toate acestea, chiar și în cazul morții tuturor fotoreceptorilor, calea de ieșire nervoasă a retinei, de regulă, rămâne intactă. Proteze moderne folosiți deja acest fapt: electrozii sunt implantați în ochiul unui pacient orb, stimulând ganglionar celule nervoase. Cu toate acestea, această tehnologie oferă doar o imagine neclară, în care puteți vedea doar contururile generale ale obiectelor.

La fel de cale alternativă stimulând celulele, oamenii de știință testează și utilizarea proteinelor sensibile la lumină. Aceste proteine ​​sunt livrate la retină prin terapia genică. Odată ajunse în ochi, proteinele pot stimula multe celule ganglionare simultan.

În orice caz, pentru a se forma o imagine clară, este necesar să se cunoască codul retinei, acel set de ecuații pe care natura îl folosește pentru a transforma lumina în impulsuri electrice pe care creierul le înțelege. Oamenii de știință au încercat deja să-l găsească pentru obiecte simple, cum ar fi, de exemplu, forme geometrice. Neurologul Dr. Sheila Nirenberg a sugerat că codul ar trebui să fie generic și să funcționeze atât cu figuri, cât și peisaje sau chipuri umane. În timp ce lucra la cod, Nirenberg și-a dat seama că ar putea fi folosit pentru protezare. Rezultatul a fost un experiment simplu în care un mini-proiector, controlat de un cod decodat, a trimis impulsuri de lumină către proteinele sensibile la lumină care au fost inserate în celulele ganglionare ale șoarecilor folosind manipularea genelor.

Controlul atent al unei serii de experimente a arătat că calitatea vederii chiar și într-o proteză asamblată în grabă în laborator coincide practic cu cea a unei retine normale de șoarece sănătoase.

O nouă abordare a tratamentului deficienței de vedere oferă speranță milioanelor de oameni din întreaga lume care suferă de orbire din cauza bolilor retinei. Terapia medicamentosă îi ajută doar pe câțiva dintre ei, iar proteza perfectă va fi la mare căutare.

Potrivit http://www.cnews.ru