科幻变成现实 3D打印“仿生眼”

2018年9月2日 深圳商报 A04版

美国研究人员用3D打印技术,打印出首个“仿生眼”原型。 



 

据美国每日科学网站近日报道,美国研究人员首次完全采用3D打印技术,在一个半球形表面上打印出了一列光接收器,这一成果标志着科学家向制造出实用“仿生眼”迈出了重要一步。这种“仿生眼”未来可帮助盲人看见东西,或使不盲之人看得更清楚。

最新研究发表于《先进材料》杂志。论文合著者、明尼苏达大学机械工程学院副教授迈克尔·麦卡宾说:“仿生眼睛通常被认为是科幻小说中才会出现的情节,但现在,多材料3D打印机的应用,让科幻比以往任何时候都更接近现实。”

研究人员从一个半球形玻璃圆顶开始,克服了在曲面上打印电子元件的各种挑战,得到了最新的“仿生眼”模型。

他们特制的3D打印机使用以银粒子为基础的墨水。墨水保持在适当的位置并均匀地干燥,而不是沿着弯曲的表面向下流动。然后,他们用半导体聚合物材料来打印光电二极管,将光转换为电能,整个过程大约需要一个小时。麦卡宾表示,该过程中最令人惊讶的是,借助完全由3D打印出来的半导体,将光转换为电的效率高达25%。

麦卡宾说:“要想可靠地打印出活性电子产品,还有很长的路要走,但我们的3D打印半导体现在已经证明,它们的效率可与由微加工设备制造的半导体器件相媲美。”

麦卡宾表示,接下来,他们计划打印一个拥有更多光接收器(因此效率更高)的“仿生眼”原型,还希望找到一种在柔软的半球形材料(能被植入真实眼睛内)上进行打印的方法。

麦卡宾团队以在单一平台上集成3D打印、电子学和生物学而闻名。几年前,他们曾因打印出“仿生耳”而受到国际关注。从那时起,他们采用3D打印方法,制造出了多种可用于外科手术的人造器官、可帮助脊髓损伤患者恢复某些功能的细胞和支架等。

说3D打印是先进制造的代表性技术,一定也不为过,小到细胞,大到航空发动机,从软的组织,到硬的钢铁,它展现的成果总是给人惊喜。然而,因打印材料有限、设计思路过窄,3D打印似乎没有像此前预计的那样所向披靡、无所不能。但慢下来的节奏,并不妨碍科学家继续以坚韧不拔的精神,在更细分的领域,用科技改变特定人群的生活和未来。

延伸阅读

如何通过模拟人脑,开发出更强大的人工智能系统?这是世界科技前沿的一大研究方向。而“仿生眼”这项人工智能技术的实用性很大,不光是美国团队在研制,我国近几年的科技也在迅速发展,专家们都在潜心研制这些技术。据了解,中科院计算技术研究所专家发明的“寒武纪 1A”,模拟人脑神经元和突触,是世界首款商用深度学习专用处理器。而中科院上海微系统与信息技术所张晓林团队研发出了一套最接近人眼的视觉系统的“仿生眼”,同样属于全球首创。

兄弟联手研制 “寒武纪1A”

随着“阿尔法狗”(AlphaGo)完胜人类棋手,以深度学习为核心技术的人工智能在全球炙手可热。不过,“阿尔法狗”的身躯十分庞大,不但使用了约170个图形处理器和1200个中央处理器,还需要海量的机房设备、高昂的运维成本。这限制了人工智能在我们工作、生活中的推广应用。

能否开发出一款适合深度学习的深度神经元网络处理器,让智能机器的体积大幅缩小,性能却不降反升?中科院计算技术研究所的陈云霁、陈天石兄弟给出了世界首创的解答。2016年两位专家联手研发出“寒武纪1A”,成为世界上第一款模拟人脑神经元和突触的深度神经元网络处理器,性能非常强大,每秒可以处理160亿个神经元和超过2万亿个突触,但功耗只有市场上最先进智核芯片的1/10。之所以取名“寒武纪”,是因为生命演化史上有著名的“寒武纪大爆发”,陈氏兄弟希望这款处理器也具有引爆效应,开启人工智能时代。

“全自动3D摄像机”诞生

中科院上海微系统与信息技术所研究员、爱观视觉创始人张晓林带队发明的“仿生眼”,与“寒武纪1A”一样,属于全球首创。张晓林兼有工科和医科专业背景,这让他想到了用机器模拟人眼及其相关的人脑结构。

经过多年研发,“仿生眼”已在中科院上海微系统所的实验室诞生。它们都有会动的眼珠,左右眼协同工作,具备人眼的基本功能。

在此基础上,张晓林团队发明了“全自动3D摄像机”。据介绍,目前的3D视频拍摄需要两台摄像机,拍摄后要做大量后期处理,而拥有“仿生眼”的“全自动3D摄像机”能像人眼那样直接采集3D图像。这台机器还装有控制盒,模拟人的小脑和脑干功能。“人脑的这些部位都参与视觉构建,所以我们要开发与之相仿的控制系统。”张晓林解释说。今后,这种系统可与模拟大脑的系统连在一起。

除了拍摄3D视频,“仿生眼”还有许多可大显身手的地方。它已安装在新松双臂机器人身上。



 

(责任编辑 邹文锋)

2018-09-02
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