Nuova maglia. Creata una protesi retinica che non richiede una fonte di alimentazione

22/08/2018, 14:47 1,6k Visualizzazioni 293 Come

credito: Natalia Hutanu / TUM
Gli scienziati non chiamano il grafene solo in questo modo "supermateriale". Nonostante sia formato da un solo strato di atomi di carbonio, è un materiale molto resistente, super flessibile e ultraleggero, che conduce anche l'elettricità ed è biodegradabile. Recentemente, un team internazionale di ricercatori ha trovato un modo per utilizzare il grafene per creare retina artificiale occhi. La retina è uno strato di cellule sensibili alla luce nel rivestimento interno dell'occhio responsabile della conversione delle immagini (radiazione elettromagnetica nello spettro visibile) in impulsi nervosi che il cervello può interpretare. E se questo sottile strato di cellule non funziona, la persona semplicemente non vede nulla.

Attualmente milioni di persone in tutto il mondo soffrono di malattie della retina che le privano della vista. Per aiutarli a vedere di nuovo, diversi anni fa gli scienziati hanno sviluppato una retina artificiale. Tuttavia, tutte le soluzioni esistenti difficilmente possono essere definite ideali, poiché gli impianti sono rigidi e piatti, quindi l'immagine che producono appare spesso sfocata e distorta. Sebbene gli impianti siano fragili, possono anche danneggiare i tessuti oculari vicini.

Pertanto, il grafene, con tutte le sue proprietà uniche, potrebbe essere la chiave per creare una retina artificiale migliore. Utilizzando una combinazione di grafene, disolfuro di molibdeno (un altro materiale bidimensionale), oro, ossido di alluminio e nitrato di silicio, i ricercatori dell'Università del Texas e della Seoul National University hanno creato una retina artificiale che funziona molto meglio di qualsiasi modello esistente. Sulla base di studi di laboratorio e test sugli animali, gli scienziati hanno determinato che i loro retina artificiale in grafeneè biocompatibile e capace di imitare le funzioni dell'occhio umano. Inoltre, corrisponde meglio alle dimensioni della retina naturale dell'occhio umano.

Scienziati americani hanno studiato il codice neurale delle cellule della retina nei topi. Il risultato sono stati i dati ottenuti, che sono stati utilizzati per creare un occhio artificiale. Questo dispositivo ha il potenziale per restituire la vista ai topi ciechi. Altri scienziati hanno studiato allo stesso modo il codice retinico delle scimmie. Si è scoperto che la sua struttura e l'attività neurale sono per molti aspetti simili a quella umana. Gli autori di questi lavori ritengono che questi studi contribuiranno a creare un dispositivo che, dopo i test, aiuterà i non vedenti a ritrovare la vista.

È importante notare che, secondo l'idea dei ricercatori, la retina artificiale aiuterà non solo a vedere i contorni degli oggetti, ma potrà anche ripristinare completamente la funzione visiva. Cioè, un paziente precedentemente cieco sarà in grado di distinguere piccoli dettagli, ad esempio i tratti del viso dell'interlocutore. Al momento, lo studio è in fase di approvazione su animali in grado di distinguere tra oggetti in movimento.

Il compito principale degli scienziati in questa fase è creare occhiali o un dispositivo a forma di cerchio, con l'aiuto del quale la luce esterna verrà raccolta e convertita in un codice elettronico specifico. Inoltre, questo codice nelle strutture centrali del cervello verrà trasformato in un'immagine.

Le malattie della retina sono la prima causa di cecità. Tuttavia, anche se tutte le cellule fotorecettrici sono danneggiate, il nervo ottico di solito non è danneggiato, cioè la via di uscita nervosa del bulbo oculare è preservata. Le protesi moderne sfruttano questo fatto. In questo caso, vengono impiantati elettrodi speciali nell'occhio di una persona cieca. Stimolano le cellule nervose gangliari. Ma allo stesso tempo puoi ottenere solo un'immagine sfocata, cioè una persona percepisce i contorni degli oggetti.

Un altro trattamento alternativo per la cecità è stimolare le cellule con proteine ​​fotosensibili. Vengono iniettati nella retina del bulbo oculare utilizzando metodi di terapia genica. Quando iniettate nella retina, queste proteine ​​stimolano contemporaneamente un gran numero di cellule gangliari.

Tuttavia, per formare un'immagine chiara, è necessario stabilire il codice della retina, cioè il modo in cui la natura converte la luce in un impulso elettrico. Altrimenti gli impulsi generati risulteranno incomprensibili ai neuroni del cervello e la costruzione di un'immagine chiara diventerà impossibile.

Inizialmente, gli scienziati hanno cercato di ottenere questo codice utilizzando oggetti semplici, che includono, ad esempio, forme geometriche. Sheila Nirenberg, dottoressa in neuroscienze, ha suggerito che il codice retinico dovrebbe essere dello stesso tipo sia per costruire forme geometriche semplici sia per creare dipinti più complessi (volti umani, paesaggi). Mentre lavorava su questa teoria, S. Nirenberg si rese conto che lo stesso tipo di ipotesi è adatto per le protesi retiniche. Ha condotto un semplice esperimento in cui un mini-proiettore, controllato da un codice decifrato, inviava impulsi elettrici alle cellule gangliari dei topi. Le proteine ​​sensibili alla luce sono state precedentemente inserite in queste cellule utilizzando tecniche di ingegneria genetica.

Analizzando i risultati ottenuti in una serie di esperimenti, si è riscontrato che la qualità della vista di un topo a cui è stato impiantato questo proiettore non è diversa dalla funzione visiva di un roditore sano.

Questa tecnologia innovativa dà speranza a un numero enorme di pazienti con problemi di vista. Dato che la terapia farmacologica aiuta solo una piccola parte dei non vedenti, la protesi retinica sarà molto richiesta nella pratica clinica.

Ha portato con sé nuove tecnologie che hanno contribuito a dare vita a invenzioni precedentemente impossibili e insolite. Queste scoperte includono:

• retina artificiale;
• tastiera di proiezione;
• Sigaretta elettronica;
• interfaccia cerebrale;
• uso di fotocamere digitali nei telefoni cellulari;
• sintetizzatore digitale di odori;
• carta elettronica;
• reattore nucleare portatile;
• scanner 3D da tavolo;
• cromosoma artificiale;
• bacchette "intelligenti";
• nanorobot.

Poiché è passato anche meno di un quinto di secolo, molto probabilmente le invenzioni più insolite dell'umanità, sviluppate e create in futuro, sono davanti a tutti. Ad oggi, le novità aperte mostrano quali progressi tecnici hanno raggiunto e quali opportunità precedentemente sconosciute possono essere sfruttate da una persona.

Consideriamo più in dettaglio alcune delle insolite invenzioni dell'uomo, create all'inizio del ventunesimo secolo.

retina artificiale

Questa scoperta appartiene agli scienziati giapponesi. La retina prodotta è una matrice di alluminio, dove vengono utilizzati elementi semiconduttori in silicio. La risoluzione è di 100 pixel.

La retina svolgerà le sue funzioni se fosse installata completa di occhiali speciali e di un piccolo computer. Gli occhiali con videocamera incorporata vengono utilizzati per ricevere e trasmettere immagini a un computer, dove avviene l'elaborazione. La fotocamera negli occhiali converte la luce in porzioni di impulsi elettronici. Dopo aver elaborato l'immagine, il computer la divide a metà e la trasmette agli occhi sinistro e destro, agli emettitori a infrarossi situati sul retro delle lenti degli occhiali. Gli occhiali emettono brevi impulsi di radiazione infrarossa, che attivano i fotosensori sulla retina dell'occhio e fanno sì che trasmettano impulsi elettrici che codificano un'immagine ai neuroni ottici.

In futuro, si prevede che una tale retina sarà in grado di restituire la vista a un cieco e aiutare a vedere oggetti più piccoli.

Successivamente, gli scienziati giapponesi sono riusciti a far crescere la retina dell'occhio da cellule staminali di topo, i cui test non sono ancora stati completati.

Tastiera di proiezione

Nel corso del tempo compaiono sempre più nuove invenzioni. sono presenti nella vita umana, uno di questi è una tastiera di proiezione.

Con il suo aiuto diventa possibile proiettare i tasti sulla superficie dove vengono premuti. Il videoproiettore che proietta la tastiera è dotato di un sensore in grado di tracciare i movimenti delle dita, dopodiché calcola le coordinate dei tasti premuti e visualizza sul display il testo digitato correttamente. Tuttavia, una tastiera di questo tipo presenta anche degli svantaggi: non può essere utilizzata all'aperto.

Sigaretta elettronica

Questa scoperta è stata fatta da uno scienziato cinese dopo che suo padre morì di cancro ai polmoni. La dipendenza dalla nicotina è una delle più forti al mondo. Qualunque cosa faccia una persona che smette di fumare. Cerca di sostituire questa abitudine con qualcos'altro, ad esempio la colla compra la gomma, cerca di trovare un'alternativa al fumo.

Una sigaretta elettronica è un dispositivo che simula il fumo. Quando si utilizza una tale novità, una persona non rinuncia alla sua abitudine, non cerca sostituti, ma di solito trascorre del tempo. Tuttavia, il fumatore non rovina i suoi polmoni con catrame velenoso e prodotti di combustione, poiché sono assenti in questo tipo di dispositivo. Pertanto, una persona che fuma una sigaretta elettronica può liberarsi dalla dipendenza dalla nicotina.

interfaccia cerebrale

Le invenzioni insolite del 21° secolo sono piuttosto diverse e una di queste è l'interfaccia cerebrale.

Un esempio di gestione degli oggetti con il pensiero è stato dimostrato da un'azienda giapponese. Un uomo, con la forza del pensiero, ha forzato lo scambio installato su una ferrovia di grandi dimensioni a cambiare.

Principio di funzionamento: nello spettro infrarosso avviene la transilluminazione e la ripresa della corteccia cerebrale. Quando si esegue tale procedura, è chiaramente visibile il passaggio dell'emoglobina attraverso i vasi sia con che senza ossigeno, ed è anche visibile il volume del sangue in varie parti del cervello. La macchina traduce tali cambiamenti in segnali di tensione che controllano i dispositivi esterni. Ecco come viene controllato lo scambio del treno.

Il progetto è progettato per ottenere una decifrazione più complessa dei cambiamenti nel lavoro del cervello umano. La ricezione dei segnali di esecuzione costituirà l'apice dello sviluppo dell'interfaccia uomo-macchina.

Sintetizzatore digitale di odori

Oggi non sorprenderai più nessuno con audio 3D o video 3D. Oggi queste sono invenzioni piuttosto popolari. Tecnologie insolite sono entrate nelle nostre vite all'inizio del 21° secolo. L'azienda francese presenta la sua soluzione digitale per la misurazione degli odori. L'emergere di una tale novità ha portato diversità nella "vita digitale" della società. Una varietà di profumi sarà sintetizzata dalle cartucce. Aggiungerà gusto alla visione di film e videogiochi.

Carta elettronica

È lo stesso dell'inchiostro elettronico. Le informazioni vengono visualizzate su un display speciale. Gli e-book utilizzano carta elettronica, utilizzata anche in altri settori. L'inchiostro elettronico alla luce riflessa può visualizzare grafica e testo per lungo tempo senza spendere molta energia.

Vantaggi di questo documento:

• risparmio energetico;
• questo tipo di lettura non grava sugli occhi, come la carta comune, e quindi non rovina la vista di una persona.

La carta elettronica può visualizzare video a 6 fotogrammi al secondo, trasmette 16 sfumature di grigio.

Il lavoro continua per migliorare questa invenzione e aumentare la velocità di visualizzazione.

Scanner 3D da tavolo

Il principio di funzionamento di un tale dispositivo consiste nell'utilizzare due fotocamere, l'immagine da cui viene formata e confrontata. Con l'aiuto di tale scanner vengono creati modelli tridimensionali accurati degli oggetti necessari. Si riflettono con la massima precisione di vari dettagli. Le informazioni vengono trasmesse in formato matematico, informatico e digitale, trasportano dati sulla dimensione, forma, colore dell'elemento scansionato.

Il computer controlla le impostazioni dell'immagine. Tutti i dati ricevuti vengono analizzati e l'immagine appare sullo schermo già nello spazio tridimensionale.

Bacchette cinesi "intelligenti".

Uno del ventunesimo secolo ha presentato all'attenzione del pubblico le bacchette "intelligenti". L'essenza di questa invenzione è che quando le bacchette vengono immerse nel cibo, le informazioni sulla qualità del cibo vengono visualizzate sullo schermo del gadget su cui è installata l'applicazione necessaria. Cioè, lasciando cadere, ad esempio, dei bastoncini nell'olio, sullo schermo verrà visualizzato il messaggio "buono" o "cattivo", in base alla qualità del prodotto controllato.

La situazione con i prodotti in Cina ha spinto gli scienziati a rilasciare una simile invenzione. Molte malattie sono state individuate nel Paese proprio a causa del consumo di alimenti di scarsa qualità. Spesso i prodotti vengono cotti nello stesso olio, il che porta alla comparsa di sostanze tossiche al suo interno.

Gli stick "intelligenti" possono mostrare:

• freschezza dell'olio;
• livello di pH;
• temperatura del liquido;
• il numero di calorie nella frutta.

I produttori amplieranno le capacità delle bacchette in modo che possano essere utilizzate per determinare più indicatori di assunzione di cibo. non è stato ancora immesso sul mercato pubblico, poiché la produzione di massa non è ancora iniziata.

Invenzione: nanorobot

Ad oggi, molti scienziati stanno cercando di creare nanorobot, macchine in grado di funzionare a livello atomico e molecolare. Tale invenzione consentirà la produzione di materiali molecolari. Sarà possibile, ad esempio, produrre ossigeno o acqua. Anche nella sfera economica potranno creare cibo, carburante e partecipare ad altri processi che garantiscono la vita umana. Tali robot saranno in grado di creare se stessi.

Le nanotecnologie sono un simbolo del futuro e uno dei vettori dello sviluppo della civiltà. Il loro utilizzo è possibile in quasi tutte le sfere della vita umana.

In medicina, l’emergere dei nanorobot porterà alla completa guarigione del corpo umano. Possono essere lanciati nel corpo. Le macchine adeguatamente programmate inizieranno a distruggere virus e altre sostanze nocive presenti all'interno del corpo. Con l'aiuto della nanotecnologia è possibile donare alla pelle umana un aspetto bello e sano.

In ecologia, le macchine elettroniche contribuiranno a fermare l’inquinamento del pianeta. Con il loro aiuto sarà possibile purificare l’acqua, l’aria e altre fonti vitali per la salute umana.

Tali insolite invenzioni dell'umanità possono aiutare a risolvere problemi complessi, ma al momento gli sviluppi sono in fase di ricerca.

Ad oggi sono stati creati alcuni componenti delle future macchine molecolari e si tengono varie conferenze sul tema della creazione di nanorobot.

Esistono prototipi primitivi delle macchine future. Nel 2010 sono state mostrate per la prima volta macchine molecolari basate sul DNA in grado di muoversi nello spazio.

Il mondo della nanotecnologia non si ferma e forse il 21° secolo sarà ancora chiamato il secolo in cui appariranno le invenzioni più insolite.

mondo virtuale

Il nuovo secolo ha portato con sé la comunicazione virtuale, gli appuntamenti, i giochi. Una persona costruisce i propri orizzonti, crea le proprie pagine virtuali nei social network mondiali. Pertanto, possiamo dire che le invenzioni insolite create dalle proprie mani sono i social network.

Lo sviluppo della tecnologia porta a una diminuzione degli incontri reali e propende maggiormente verso la comunicazione virtuale.

Le nuove invenzioni virtuali, le cui insolite funzioni aiutano una persona ad adattarsi in una società virtuale, sono:

Conclusione

Le invenzioni sono stupide e intelligenti, utili e poco utili. Tuttavia, ogni anno le invenzioni insolite del mondo vengono migliorate, sullo sfondo di alcune, ne si sviluppano altre. L'umanità si sforza di inventare qualcosa di straordinario che sorprenderà tutti. Allo stesso tempo, la novità dovrebbe portare comodità nella vita delle persone, rendere in qualche modo la vita più facile a una persona.

Il 21° secolo porterà ancora nuove invenzioni, opportunità insolite, grazie alle quali l’umanità potrà esplorare spazi prima inesplorati e acquisire nuove conoscenze.

Lo sviluppatore della retina di silicio artificiale (ASR - Artificial Silicon Retina) è Optobionics. La retina artificiale in silicio è un microchip di 2 mm di diametro e 0,025 mm di spessore contenente circa 3500 fotodiodi microscopici, ciascuno con il proprio elettrodo di stimolazione. I fotodiodi convertono la luce in impulsi elettrici che vengono inviati agli elettrodi stimolanti ed eccitano le terminazioni del nervo ottico. La retina artificiale simula il lavoro dell'occhio a livello dello strato dei fotorecettori. Parallelamente all'impianto della retina artificiale, al paziente viene installata una lente a contatto che garantisce che la luce sia focalizzata su di esso.

Proposta da ricercatori americani nel 2006 e da ricercatori giapponesi nel 2007, la retina artificiale è la matrice di alluminio più sottile con elementi semiconduttori in silicio. Il chip misura 3,5 x 3,3 millimetri e contiene 5.760 fototransistor al silicio che agiscono come neuroni sensibili alla luce nella retina vivente. Questi transistor sono collegati ad altri 3.600 transistor che imitano le cellule nervose della retina che preelaborano le informazioni visive prima di inviarle al cervello.

Il nuovo chip si adatta bene ai cambiamenti di luminosità e contrasto della scena osservata e percepisce perfettamente anche gli oggetti in movimento, evidenziandoli su uno sfondo fermo. Tuttavia, prima dell'inizio degli studi clinici, gli innovatori americani intendono finalizzare il loro progetto: ridurre le dimensioni del chip e ridurne il consumo energetico.

Secondo il principio di funzionamento, la retina artificiale assomiglia a quella reale: quando i raggi luminosi colpiscono i semiconduttori, si forma una tensione elettrica che, come segnale visivo, deve essere trasmessa al cervello e percepita come immagine.

Nel 2009, i ricercatori americani sono riusciti a legare le cellule nervose a una pellicola biocompatibile che genera una debole corrente elettrica quando esposta alla luce. La base della retina artificiale è un film sottile, che è un "sandwich" di due strati: uno strato di nanoparticelle di tellururo di mercurio e uno strato di polimero PDDA caricato positivamente. Gli scienziati hanno collegato entrambi gli strati con una colla speciale e hanno applicato un rivestimento di amminoacidi biocompatibile sulla superficie del “sandwich” in modo che le cellule nervose potessero interagire con la pellicola senza problemi. Nel film, gli scienziati hanno inserito una cultura di neuroni. Non appena i fotoni hanno iniziato a colpire la sua superficie, le nanoparticelle hanno assorbito i fotoni nella pellicola, producendo elettroni che passano attraverso lo strato polimerico PDDA, che genera una debole corrente elettrica. Non appena la corrente raggiunge la membrana cellulare dei neuroni, avviene il processo di depolarizzazione e inizia la propagazione del segnale nervoso, indicando la presenza di una pellicola di luce in quest'area.

In precedenza, gli scienziati avevano già ottenuto un certo successo nel campo della stimolazione dei neuroni attraverso le interfacce di silicio. Tuttavia, la precisione nel rilevamento della luce e della sua intensità, garantita da una pellicola con nanoparticelle, non è stata ancora raggiunta. La retina artificiale, basata sulla scoperta degli scienziati, può persino riprodurre la saturazione del colore degli oggetti, per non parlare dell'alta risoluzione. Inoltre, la retina è biologicamente compatibile con i tessuti umani grazie all'uso di polimeri. Gli analoghi del silicio, al contrario, sono più difficili da adattare per il lavoro a tutti gli effetti nel corpo umano. Un'altra caratteristica rivoluzionaria della retina artificiale è che non dipende da fonti di energia esterne e si “accende” immediatamente dopo che la luce la colpisce.