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美國研究人員用3D打印技術(shù)，打印出首個“仿生眼”原型。 資料圖片

據(jù)美國每日科學網(wǎng)站近日報道，美國研究人員首次完全采用3D打印技術(shù)，在一個半球形表面上打印出了一列光接收器，這一成果標志著科學家向制造出實用“仿生眼”邁出了重要一步。這種“仿生眼”未來可幫助盲人看見東西，或使不盲之人看得更清楚。

最新研究發(fā)表于《先進材料》雜志。論文合著者、明尼蘇達大學機械工程學院副教授邁克爾·麥卡賓說：“仿生眼睛通常被認為是科幻小說中才會出現(xiàn)的情節(jié)，但現(xiàn)在，多材料3D打印機的應(yīng)用，讓科幻比以往任何時候都更接近現(xiàn)實?！?/p>

研究人員從一個半球形玻璃圓頂開始，克服了在曲面上打印電子元件的各種挑戰(zhàn)，得到了最新的“仿生眼”模型。

他們特制的3D打印機使用以銀粒子為基礎(chǔ)的墨水。墨水保持在適當?shù)奈恢貌⒕鶆虻馗稍?，而不是沿著彎曲的表面向下流動。然后，他們用半?dǎo)體聚合物材料來打印光電二極管，將光轉(zhuǎn)換為電能，整個過程大約需要一個小時。麥卡賓表示，該過程中最令人驚訝的是，借助完全由3D打印出來的半導(dǎo)體，將光轉(zhuǎn)換為電的效率高達25%。

麥卡賓說：“要想可靠地打印出活性電子產(chǎn)品，還有很長的路要走，但我們的3D打印半導(dǎo)體現(xiàn)在已經(jīng)證明，它們的效率可與由微加工設(shè)備制造的半導(dǎo)體器件相媲美?！?/p>

麥卡賓表示，接下來，他們計劃打印一個擁有更多光接收器（因此效率更高）的“仿生眼”原型，還希望找到一種在柔軟的半球形材料（能被植入真實眼睛內(nèi)）上進行打印的方法。

麥卡賓團隊以在單一平臺上集成3D打印、電子學和生物學而聞名。幾年前，他們曾因打印出“仿生耳”而受到國際關(guān)注。從那時起，他們采用3D打印方法，制造出了多種可用于外科手術(shù)的人造器官、可幫助脊髓損傷患者恢復(fù)某些功能的細胞和支架等。

說3D打印是先進制造的代表性技術(shù)，一定也不為過，小到細胞，大到航空發(fā)動機，從軟的組織，到硬的鋼鐵，它展現(xiàn)的成果總是給人驚喜。然而，因打印材料有限、設(shè)計思路過窄，3D打印似乎沒有像此前預(yù)計的那樣所向披靡、無所不能。但慢下來的節(jié)奏，并不妨礙科學家繼續(xù)以堅韌不拔的精神，在更細分的領(lǐng)域，用科技改變特定人群的生活和未來。

延伸閱讀

如何通過模擬人腦，開發(fā)出更強大的人工智能系統(tǒng)？這是世界科技前沿的一大研究方向。而“仿生眼”這項人工智能技術(shù)的實用性很大，不光是美國團隊在研制，我國近幾年的科技也在迅速發(fā)展，專家們都在潛心研制這些技術(shù)。據(jù)了解，中科院計算技術(shù)研究所專家發(fā)明的“寒武紀 1A”，模擬人腦神經(jīng)元和突觸，是世界首款商用深度學習專用處理器。而中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)所張曉林團隊研發(fā)出了一套最接近人眼的視覺系統(tǒng)的“仿生眼”，同樣屬于全球首創(chuàng)。

兄弟聯(lián)手研制 “寒武紀1A”

隨著“阿爾法狗”（AlphaGo）完勝人類棋手，以深度學習為核心技術(shù)的人工智能在全球炙手可熱。不過，“阿爾法狗”的身軀十分龐大，不但使用了約170個圖形處理器和1200個中央處理器，還需要海量的機房設(shè)備、高昂的運維成本。這限制了人工智能在我們工作、生活中的推廣應(yīng)用。

能否開發(fā)出一款適合深度學習的深度神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)處理器，讓智能機器的體積大幅縮小，性能卻不降反升？中科院計算技術(shù)研究所的陳云霽、陳天石兄弟給出了世界首創(chuàng)的解答。2016年兩位專家聯(lián)手研發(fā)出“寒武紀1A”，成為世界上第一款模擬人腦神經(jīng)元和突觸的深度神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)處理器，性能非常強大，每秒可以處理160億個神經(jīng)元和超過2萬億個突觸，但功耗只有市場上最先進智核芯片的1/10。之所以取名“寒武紀”，是因為生命演化史上有著名的“寒武紀大爆發(fā)”，陳氏兄弟希望這款處理器也具有引爆效應(yīng)，開啟人工智能時代。

“全自動3D攝像機”誕生

中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)所研究員、愛觀視覺創(chuàng)始人張曉林帶隊發(fā)明的“仿生眼”，與“寒武紀1A”一樣，屬于全球首創(chuàng)。張曉林兼有工科和醫(yī)科專業(yè)背景，這讓他想到了用機器模擬人眼及其相關(guān)的人腦結(jié)構(gòu)。

經(jīng)過多年研發(fā)，“仿生眼”已在中科院上海微系統(tǒng)所的實驗室誕生。它們都有會動的眼珠，左右眼協(xié)同工作，具備人眼的基本功能。

在此基礎(chǔ)上，張曉林團隊發(fā)明了“全自動3D攝像機”。據(jù)介紹，目前的3D視頻拍攝需要兩臺攝像機，拍攝后要做大量后期處理，而擁有“仿生眼”的“全自動3D攝像機”能像人眼那樣直接采集3D圖像。這臺機器還裝有控制盒，模擬人的小腦和腦干功能?！叭四X的這些部位都參與視覺構(gòu)建，所以我們要開發(fā)與之相仿的控制系統(tǒng)。”張曉林解釋說。今后，這種系統(tǒng)可與模擬大腦的系統(tǒng)連在一起。

除了拍攝3D視頻，“仿生眼”還有許多可大顯身手的地方。它已安裝在新松雙臂機器人身上。