人間の目を超える反応速度と超高解像度を兼ね備えた「人工眼」が作られようとしている

人間の目を模した構造を持ち、その反応速度は人間の目以上で、1平方センチメートルあたり約4億6000万個の光センサーを埋め込むことにより理論的には超高解像度を実現できるという「人工眼」を作り出す研究が行われています。

A biomimetic eye with a hemispherical perovskite nanowire array retina | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2285-x

Artificial eye boosted by hemispherical retina
https://www.nature.com/articles/d41586-020-01420-7

A new artificial eye mimics and may outperform human eyes | Science News
https://www.sciencenews.org/article/new-artificial-eye-mimics-may-outperform-human-eyes

香港科学技術大学のエンジニアであり材料科学者であるジーヨン・ファン氏らの研究チームは、人間の目の構造に基づいた人工眼を開発しています。この人工眼の奥には人工網膜がナノスケールの光センサーと共に埋め込まれており、人工眼の正面にあるレンズを通過した光の量を光センサーが測定するという仕組み。人工網膜の裏側についたワイヤーはセンサーが受け取った信号を外部の回路に送るという、眼球における視神経の役割を果たすとのこと。

この人工眼は望遠機能やナイトビジョンを持たないものの、実際の人間の目よりも高い機能を発揮することが可能だと研究チームは発表しています。

人間は照明の変化に40～150ミリ秒という速さで反応しますが、人工眼はこれよりも速い30～40ミリ秒で反応することが可能で、薄暗い場所でも機能します。この人工眼の特徴は人工網膜が人間の網膜のようにドーム状になっていることで、これにより、人間が持つ150度の視野にはかなわないものの、平面上の人工網膜が持つ70度の視野よりも広い、100度の視野を実現しています。

また人工網膜には1平方センチメートルあたり約4億6000万個の光センサーが埋め込まれており、人間の目は1平方センチメートルあたり約1000万個の光検出細胞があることを考えると、理論的には人間の目よりも高い解像度を知覚できるとのこと。ただし、記事作成時点では網膜の裏側に接続される各ワイヤーが1ミリメートルという太さであるため、人工網膜の裏側に100本ほどしか収まらず、得られるのは100ピクセルの画像になると研究チームは述べています。

さらに人工眼を高解像度にするため、ファン氏らは磁場を利用してより細いワイヤーを人工眼に接続するという「まるで外科手術のような」試みを行っています。

ただし、ウィスコンシン大学のエンジニアであるホングルイ・ジャン氏は「超小型のピクセルを作成するという現在の方法は実用的ではありません」と述べ、数百本のナノワイヤーであれば問題なく機能するものの、何百万ものワイヤーを利用する方法はうまくいかないという見方を示しています。人間を越えた視力を作り出すためには、極小のワイヤーを大量に配列する効率のよい方法を見つけ出す必要があるとジャン氏は指摘しています。