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Come costruire un occhio bionico
Le persone non ci pensano due volte a indossare un auricolare Bluetooth per conversare sui loro telefoni cellulari. Bene, un giorno potrebbe non essere insolito indossare una lente a contatto che proietta il display del telefono direttamente sull'occhio. I ricercatori dell'Università di Washington hanno compiuto un importante primo passo verso la creazione di lenti a contatto che potrebbero fare proprio questo. Incorporando circuiti metallici e diodi a emissione di luce (LED) in una lente a base di polimeri, hanno creato un circuito funzionale biologicamente compatibile con l'occhio.
Gli occhi ce l'hanno: I ricercatori hanno costruito una lente a contatto biocompatibile con LED funzionanti, mostrata qui. Sperano che le versioni future dell'obiettivo possano fungere da sensore biomedico o fornire un display sovrapposto al campo visivo di una persona.
Se guardi la struttura di una lente, è solo un semplice polimero, dice Babak Parviz , professore di ingegneria elettrica presso l'Università di Washington. Un certo numero di ricercatori sta inserendo l'elettronica nei polimeri per costruire circuiti flessibili o display, per esempio. Quello che ci siamo resi conto è che possiamo realizzare molti dispositivi funzionali che sono davvero minuscoli e possono essere incorporati in una lente a contatto per fare molto di più che migliorare la vista, dice Parviz.
Il team ha creato l'obiettivo elettronico con due scopi principali in mente, dice. Uno degli obiettivi era vedere se fosse possibile costruire un display heads-up in grado di sovrapporre le immagini al campo visivo di una persona, consentendole comunque di vedere il mondo reale. Sarebbe una sorta di realtà aumentata, spiega Parviz. (Vedi TR10: Augmented Reality.) I soldati potrebbero usare la tecnologia per vedere le informazioni sul loro ambiente, raccolte dai sensori. Oppure i civili potrebbero usare l'obiettivo elettronico come display di un telefono cellulare, per vedere chi sta chiamando e per guardare video durante un tragitto giornaliero, anche se questi obiettivi sono a lungo termine, dice.
Un'altra possibile applicazione consiste nell'utilizzare l'obiettivo come sensore in grado di monitorare i livelli chimici nel corpo e informare l'utente se indicano segni di malattia. Sebbene Parviz non entrerà nei dettagli sui sensori specifici che il suo team sta realizzando, spiega che molti indicatori di salute possono essere monitorati dalla superficie dell'occhio. Le cellule vive sull'occhio, dice, sono in contatto indiretto con il siero del sangue, che contiene biomarcatori per le malattie. Se un sensore progettato per rilevare questi biomarcatori fosse integrato in una lente, i medici potrebbero disporre di uno strumento completamente nuovo e non invasivo per i test sulle malattie. Inoltre, l'obiettivo potrebbe monitorare continuamente i cambiamenti nel tempo, fornendo una visione più completa della salute di una persona.
Certo, queste applicazioni sono lontane anni. Ma Parviz e il suo team hanno gettato le basi per il lavoro. In un documento presentato al Conferenza Internazionale dei Sistemi Meccanici Micro Elettrici a Tucson, in Arizona, la scorsa settimana, i ricercatori descrivono come hanno creato una lente con 16 LED funzionanti. L'obiettivo era costituito da un substrato di polietilene tetraftalato, il tipo di plastica utilizzata nelle bottiglie per bevande, ricoperto da fili metallici per il collegamento dei LED.
Oltre ai cavi, i ricercatori hanno utilizzato sostanze chimiche per ritagliare rientranze circolari in cui sarebbero stati posizionati i LED. Parviz osserva che una sfida nella costruzione di elettronica funzionante e optoelettronica in plastica è che questi dispositivi devono essere realizzati con un calore elevato che fonderebbe la plastica. Per aggirare questo problema, il suo team ha fabbricato LED su un substrato separato, assicurando che i dispositivi potessero essere facilmente rimossi e trasferiti sulla lente di plastica.
Successivamente, i ricercatori hanno rivestito le lenti elettroniche completamente assemblate con polimetilmetacrilato (PMMA), un materiale biocompatibile. Il PMMA è anche usato per rivestire le lenti a contatto dure, dice Parviz, rendendo le sue lenti più simili alle lenti a contatto rigide rispetto alle lenti a contatto morbide indossate dalla maggior parte delle persone oggi. Nella fase finale, i ricercatori hanno modellato la plastica nella forma di una lente.
Quando il team ha testato le lenti, il circuito era praticabile e i LED si sono accesi. I ricercatori hanno anche posizionato la lente nell'occhio di un coniglio per 20 minuti e non hanno riscontrato effetti negativi. Tuttavia, non hanno acceso l'elettronica mentre l'obiettivo era nell'occhio del coniglio. Penso che dobbiamo stare attenti a cosa succede all'occhio quando si accende, dice Parviz. È un circuito funzionante. Potrebbe generare un po' di calore. Dobbiamo prendere tutte le precauzioni possibili per assicurarci che sia sicuro. Sebbene sia vero che il corpo umano può resistere a una gamma di temperature, in definitiva i circuiti devono essere progettati per consumare quantità di energia estremamente basse.
L'idea di costruire un circuito in una lente a contatto è interessante: cattura l'attenzione, dice George Whitesides , un professore di chimica ad Harvard che non è affiliato al progetto. È stato qualcosa di cui altri hanno sicuramente parlato, ma io, almeno, non ho mai visto alcun tipo di implementazione. Whitesides aggiunge che questo è un primo passo, e c'è ancora il problema di fornire potenza all'obiettivo mentre è nell'occhio. Inoltre, il prototipo dell'Università di Washington non ha una funzione chiara.
Uno dei prossimi passi per il team sarà aumentare il numero di LED sull'obiettivo a un paio di centinaia, nella speranza di realizzare un display praticabile. In questo momento, i LED hanno un diametro di circa 300 micrometri, il che ovviamente limita il numero di essi che possono essere inseriti su una lente. Inoltre, i LED di queste dimensioni tendono a rompersi durante il processo di modellatura delle lenti. Il team di Parviz cercherà di ridurre i LED a 30 micrometri in esperimenti futuri, il che potrebbe consentire all'obiettivo di visualizzare alcune centinaia di pixel, afferma.