باحثون ينجحون في صنع شبكية عين اصطناعية فعالة

نجح فريق من الباحثين في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست) بالمملكة العربية السعودية بقيادة "خالد سلامة"، في صناعة شبكية إلكترونية اصطناعية، تستطيع تكوين نظام رؤية يحاكي نظام الرؤية لدى البشر، ووجدوا أنّ هذه الشبكية الاصطناعية لها القدرة على معرفة الأرقام المكتوبة بخط اليد، ويأمل الباحثون باستخدامها في تطوير أنظمة الرؤية الحاسوبية في أجهزة الكاميرات والروبوتات. نُشرت الدراسة في دورية "نيتشر" (Nature) العلمية يوم 1 يناير/كانون الثاني 2022.

محاكاة العين البشرية

تتميز العين البشرية بقدرتها على تمييز 10 ملايين لون، حيث يمتلك البشر والثدييات أنظمة رؤية قوية تشترك في طريقة عملها التي تعتمد على الخلايا المستقبلة للضوء في شبكية العين، وهي نوعان: خلايا العصي والمخاريط. تمتص هذه الخلايا فوتونات الضوء ثم ترسل الإشارات الكهربائية للدماغ، الذي يفسرها عبر العديد من العمليات لتنتج الرؤية كما نعرفها.

كانت فكرة عمل العين البشرية ملهمة للباحثين في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية، وقرروا محاكاتها حاسوبياً باستخدام مادة البيروفسكايت. ومن خلال أبحاثهم استطاعوا تصنيع شبكية عين اصطناعية بالغة الدقة اعتماداً على هذه المادة.

ما هي مادة "البيروفسكايت" (Perovskite)؟

البيروفسكايت هي مادة ذات تركيب بلوري خاص تُستخدم بصورة فعّالة في إنشاء الخلايا الشمسية، وتتميز بتكلفة الإنتاج المنخفضة وتتمتع بقدرة عالية على امتصاص الضوء، ما يجعلها اختياراً مثالياً للباحثين لتصنيع جهاز استشعار للضوء.

دمج الباحثون بلورات البيروفسكايت النانوية في طبقة من البوليمر ثم وضعوها بين قطبين:

في الأسفل: قطب "الألومنيوم" (Aluminum).
في الأعلى: قطب "أكسيد قصدير الإنديوم" (Indium tin oxide).

بعد ذلك ثقبوا القطب العلوي ليسمحوا للضوء بالمرور إلى طبقة البيروفسكايت، حيث تتكون مجموعة من المستقبلات الضوئية المصغرة موجودة فوق ركيزة من البوليميد التي تسمح للجهاز بالانثناء والانحناء، تماماً مثل شبكية العين البشرية الحقيقية.

قام الباحثون بتوصيل المستقبلات الضوئية بمستشعر من نوع "المكملات المعدنية لأشباه الموصلات" (CMOS) وشبكة عصبية تتألف من 100 خلية من أجل معالجة مدخلات الضوء، وأثناء الاختبارات استخدموا مصابيح "ليد" (LED) ومصفوفة 4x4 لإضاءة الجهاز. وجدوا أنّ الاستجابة البصرية كانت مشابهة لاستجابة العين البشرية، ولكنها حساسة للضوء الأخضر. كما استطاع الجهاز التعرف على الأرقام المكتوبة بخط اليد إلى درجة كبيرة نسبياً من الدقة تصل إلى 72%.

على الرغم من دقة هذه الشبكية الإلكترونية إلا أنها لا تصلح لاستبدالها بالعين البشرية، ولكنها على أي حال ستكون مفيدة لتطوير الكاميرات والروبوتات. وتتميز بقدرتها على الاحتفاظ بقوتها حتى بعد تخزينها لمدة 129 أسبوعاً في الظروف العادية.

هل يمكن إعادة البصر لمن يعانون من فقده؟

تعمل العديد من الدراسات والأبحاث على صنع ابتكارات وأجهزة تعمل على إمداد البشر المتضررين بصرياً بنظام رؤية يسمح لهم برؤية الأشياء من حولهم. وفي فبراير/شباط 2022، أعلنت هيئة الإذاعة البريطانية (BBC) عن نجاح مجموعة من الباحثين الأستراليين بالتعاون بين جامعتي سيدني ونيو ساوث ويلز في زراعة عين إلكترونية بأعين بعض الأغنام الأسترالية، وكان الغرض من التجربة هو معرفة ما إذا كان الجهاز المستخدم "فوينكس 99" (Phoenix 99) يتسبب في أي رد فعل سلبي، لكن تحملت الأغنام هذا الجهاز وكانت النتيجة مبشرة بمساعدة مَن يعانون مِن مشاكل في الرؤية والإبصار عموماً. ويأمل الباحثون في تطبيق هذا المنتج على البشر الذين يجدون صعوبة في الرؤية ومساعدتهم على استعادة أبصارهم في أقرب وقت.

بالطبع، تختلف الدراسة التي أجراها العلماء والباحثون في جامعة الملك عبدالله، فهي مصممة لتطوير نظام الرؤية في الكاميرات والروبوتات باستخدام محاكاة العين البشرية والتي تمتلك نظام رؤية قوي. لكن على أي حال، إنه ابتكار مفيد، تتنوع استخداماته وتطبيقاته.