Research press release

ナノ科学:人間の眼を模倣する

Nature

Nanoscience: Mimicking the human eye

人間の眼の構造を模倣した人工眼球について記述した論文が、今週、Nature に掲載される。この生体模倣型の眼球は、高い画像解像度を実現できる可能性があり、ロボット工学や科学機器への応用が期待される。

人間の眼は、視野が広く、解像度が高く、光に対して非常に敏感であり、これらの特徴の全ては、網膜のドーム型形状と膨大な数(1平方センチメートル当たり約1000万個)の視細胞によるものだ。こうした特徴を模倣した人工眼球を再構築することが、ロボット工学の分野や視覚補綴装置の開発で関心を集めている。しかし、人工網膜の作製は、網膜の形状と組成のために困難を極めている。

Zhiyong Fanたちは今回の論文で、新たに設計された半球形の人工網膜を示している。この人工網膜には、人間の眼の視細胞を模倣した光感受性ナノワイヤーが高密度に充填されており、このナノワイヤーは、有望な太陽電池材料であるペロブスカイトでできている。この人工網膜は、人工眼球で捉えた画像(「E」「I」「Y」という文字)を再構成して、これらの文字を「見る」ことができた。概念実証のために作製された人工網膜は、ナノワイヤーアレイがわずか100ピクセル(1ピクセル当たり3本のナノワイヤー)で構成されているため、解像度が低い。しかしFanたちは、ナノワイヤーの密度を人間の眼の視細胞の10倍以上に高めることができるため、新たに設計された人工網膜は人間の眼より優れた解像度を実現できる可能性があるという考えを示している。

An artificial eye that mimics the structure of the human eye is described in Nature this week. The biomimetic eye has the potential to achieve high image resolution that could have applications in robotics and scientific instruments.

Human eyes have a wide field of view, excellent resolution and are highly sensitive to light, all as a result of the domed shape of the retina and the vast numbers of photoreceptor cells — around ten million per square centimetre. Recreating synthetic eyes that mimic these characteristics is of interest to the field of robotics and for the development of prosthetic visual devices. However, the shape and composition of the retina makes it challenging to fabricate an artificial analogue.

Zhiyong Fan and colleagues present a new design: a hemispherical artificial retina containing densely packed, light-sensitive nanowires made from a perovskite — a promising material for solar cells — which mimic the photoreceptors of the human eye. They show that the device can ‘see’ by reconstructing images (the letters ‘E’, ‘I’ and ‘Y’) viewed by the artificial eye. The proof-of-concept device has low resolution because the array consists of just 100 pixels (each pixel has three nanowires). However, the authors propose that their design has the potential to have even better resolution than human eyes, as it is possible to increase the density of nanowires to more than ten times that of photoreceptors in the human eye.

doi: 10.1038/s41586-020-2285-x

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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