Un nouvel œil artificiel imite la courbe naturelle d'une rétine

Les chercheurs ont conçu un appareil qui reproduit la forme de la membrane sensorielle de l'œil


La recherche sur un oeil artificiel

L' œil humain est un instrument sophistiqué: les images pénètrent à travers une lentille incurvée à l'avant de la sphère et traversent son liquide vitreux gluant avant d'atteindre la rétine sensible à la lumière - qui relaie le signal au nerf optique qui transporte l'image vers le cerveau.
Les ingénieurs ont tenté de reproduire cette structure pendant environ une décennie. Maintenant, un nouvel œil artificiel imite avec succès la forme sphérique de l'instrument naturel. Les chercheurs espèrent que cette réalisation pourrait conduire à une vision robotique et des dispositifs prothétiques plus nets. Un article sur le développement a été publié mercredi dans Nature .
La recherche s'est appuyée sur le fait que la pérovskite, un matériau conducteur et sensible à la lumière utilisé dans les cellules solaires, peut être utilisée pour créer des nanofils extrêmement minces de plusieurs millièmes de millimètre de longueur. Ces fils imitent la structure des cellules photoréceptrices longues et minces de l'œil, explique le co-auteur de l'étude, Zhiyong Fan, ingénieur en électronique et en informatique à l'Université des sciences et technologies de Hong Kong. "Mais la difficulté est: comment pouvons-nous fabriquer un réseau de nanofils dans un substrat hémisphérique pour former cette rétine hémisphérique " il ajoute. La construction d'une rétine incurvée est importante car la lumière ne la frappe qu'après avoir traversé une lentille incurvée. "Lorsque vous essayez d'imager quelque chose, l'image qui se forme après la lentille est en fait incurvée", explique Hongrui Jiang, ingénieur électricien à l'Université du Wisconsin – Madison, qui a examiné le nouveau document mais n'a pas été directement impliqué dans le travail. "Si vous avez un capteur plat, l'image ne peut pas être mise au point très nettement." La rétine est incurvée, mais les capteurs de lumière électroniques sont rigides et plats.
Pour résoudre le problème, Fan et ses collègues ont déformé une feuille d'aluminium souple en une forme hémisphérique. Ensuite, ils ont traité le métal avec un processus électrochimique qui l'a converti en un isolant appelé oxyde d'aluminium. Ce processus a également laissé le matériau parsemé de pores nanométriques. En conséquence, les chercheurs se sont retrouvés avec un hémisphère incurvé qui avait des trous en grappes très pratiques dans lesquels ils pouvaient «faire croître» des nanofils de pérovskite. "La densité des nanofils est très élevée", explique Jiang. «Elle est comparable - elle est même encore plus élevée - que la densité des photorécepteurs dans les yeux humains.»

L'objectif, apporter des solutions à la cécité

Une fois qu'ils ont eu leur «rétine» incurvée, les scientifiques l'ont incorporée dans un œil artificiel qui comprenait une lentille incurvée à l'avant. Inspirée par le liquide spécialisé dans un vrai œil, l'équipe a rempli sa version biomimétique d'un liquide ionique, un type de sel liquide dans lequel les particules chargées peuvent se déplacer. "Un composant très important à l'intérieur est dans la cavité que nous avons remplie de liquides ioniques", explique Fan. "Une fois que ces nanofils génèrent des charges, la charge sera échangée avec certains ions." Cet échange électrique permet aux nanofils de pérovskite de remplir la fonction électrochimique de détection de la lumière et d'envoi de ce signal à l'électronique externe de traitement d'image.
Lorsque l'équipe a testé l'œil artificiel, elle a réussi à traiter les modèles de lumière en aussi peu que 19 millisecondes - la moitié du temps requis par un œil humain. Et il a produit des images avec un contraste et des contours plus nets que ceux générés par un capteur d'image plat avec un nombre de pixels similaire. À certains égards, l'œil artificiel s'est amélioré sur la vision naturelle: il pouvait capter une plus grande gamme de longueurs d'onde et n'avait pas d'angle mort .
Fan espère travailler avec des chercheurs médicaux pour construire des appareils prothétiques basés sur la conception de son équipe. Cela pourrait toutefois nécessiter beaucoup plus de développement. L'œil artificiel est «vraiment élégant; cela ressemble à un travail incroyable », explique Jessy Dorn, vice-présidente des affaires cliniques et scientifiques de la société biomédicale Second Sight, qui n'était pas impliquée dans la recherche. "Mais les auteurs de l'étude ne parlent pas de la façon dont il pourrait éventuellement être connecté au système visuel humain." Elle travaille sur des dispositifs de traitement de la cécité, y compris une prothèse rétinienne appelé Argus II, et souligne que le développement de l'interface électronique n'est que la première étape. Un tel appareil devra interagir avec le cerveau humain pour produire des images. "C'est l'un des plus grands défis: comment obtenir n'importe quel type d'interface haute résolution en toute sécurité et de manière fiable implanté et ensuite pour travailler avec le système visuel humain."
De plus, il existe différents types de cécité et des yeux parfaits ne produisent pas toujours une vision parfaite. Par exemple, le développement du cerveau au cours de la petite enfance et de l'enfance est crucial pour le traitement des données visuelles. Par conséquent, une personne née aveugle peut ne jamais avoir le câblage cérébral nécessaire pour voir à travers des yeux prothétiques plus tard dans la vie. Dorn note que les receveurs de l'implant Argus II sont tous des adultes qui ont perdu leur vision beaucoup plus tard. Et même ils ont différents niveaux de succès: certains ne gagnent que la capacité de différencier la lumière et l'ombre, tandis que d'autres peuvent traiter des formes. Pourtant, elle dit que tout lien visuel avec l'environnement peut entraîner une plus grande indépendance et une plus grande liberté de mouvement. Et les prothèses ne sont pas la seule application valable des yeux artificiels: de tels appareils pourraient avoir des applications immédiates en vision robotique.
«Imiter les yeux naturels a été un rêve pour de nombreux ingénieurs en optique», explique Jiang, notant que certains chercheurs cherchent à imiter les yeux des mammifères et que d'autres travaillent avec des composés d'insectes. Le domaine commence enfin à faire de véritables percées, ajoute-t-il. «Je pense que dans environ 10 ans, nous devrions voir des applications pratiques très tangibles de ces yeux bioniques.»

Date de création : 2020-05-26
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