O olho humano é um instrumento sofisticado: as imagens entram através de uma lente curva na frente da esfera e passam através do seu líquido viscoso e vítreo antes de alcançar a retina sensível à luz – que transmite o sinal para o nervo óptico que transporta a imagem para o cérebro. Os engenheiros têm tentado replicar esta estrutura por cerca de uma década. Agora um novo olho artificial imita com sucesso a forma esférica do instrumento natural. Os pesquisadores esperam que este feito possa levar a uma visão robótica mais nítida e a dispositivos protéticos. Um artigo sobre o desenvolvimento foi publicado na quarta-feira na Nature.
A pesquisa construída sobre o fato de que o perovskite, um material condutor e sensível à luz usado em células solares, pode ser usado para criar nanofios extremamente finos de vários milésimos de milímetro de comprimento. Estes fios imitam a estrutura das células fotorreceptoras longas e finas do olho, diz o co-autor do estudo Zhiyong Fan, um engenheiro eletrônico e de computação da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong. “Mas a dificuldade é: como podemos fabricar um conjunto de nanofios num substrato hemisférico para formar esta retina hemisférica?”, acrescenta ele. A construção de uma retina curva é importante porque a luz só a atinge depois de passar por uma lente curva. “Quando se tenta imaginar algo, a imagem que se forma depois da lente é realmente curva”, diz Hongrui Jiang, engenheiro elétrico da Universidade de Wisconsin-Madison, que reviu o novo trabalho, mas não estava diretamente envolvido no trabalho. “Se você tem um sensor plano, então a imagem não pode ser focalizada com muita nitidez”. A retina é curva, mas os sensores eletrônicos de luz são rígidos e planos.
Para resolver o problema, Fan e seus colegas deformaram a folha de alumínio macio em uma forma hemisférica. Depois trataram o metal com um processo eletroquímico que o converteu em um isolante chamado óxido de alumínio. Este processo também deixou o material cravejado com poros nanoscópicos. Como resultado, os pesquisadores ficaram com um hemisfério curvo que tinha convenientemente buracos densamente agrupados nos quais eles podiam “crescer” nanofios perovskite. “A densidade dos nanofios é muito alta”, diz Jiang. “É comparável – na verdade é ainda maior do que a densidade dos fotorreceptores nos olhos humanos”
Após terem a sua “retina” curva, os cientistas incorporaram-na num olho artificial que incluía uma lente curva na frente. Inspirada pelo líquido especializado em um olho real, a equipe encheu sua versão biomimética com um líquido iônico, um tipo de sal líquido no qual partículas carregadas podem se mover. “Um componente muito importante no interior está na cavidade em que enchemos líquidos iônicos”, diz Fan. “Assim que estes nanofios gerarem cargas, a carga será trocada com alguns iões.” Essa troca elétrica permite que os nanofios perovskite realizem a função eletroquímica de detectar a luz e enviar esse sinal à eletrônica de processamento de imagem externa.
Quando a equipe testou o olho artificial, conseguiu processar padrões de luz em apenas 19 milissegundos – metade do tempo exigido por um olho humano. E produziu imagens que tinham maior contraste e bordas mais claras do que aquelas geradas por um sensor de imagem plana com um número semelhante de pixels. Em alguns aspectos, o olho artificial melhorou a visão natural: podia captar uma gama maior de comprimentos de onda e não tinha um ponto cego.
Fan espera trabalhar com investigadores médicos para construir dispositivos protéticos baseados no design da sua equipa. No entanto, fazer isso poderia exigir muito mais desenvolvimento. O olho artificial é “realmente elegante; parece um trabalho incrível”, diz Jessy Dorn, vice-presidente de assuntos clínicos e científicos da empresa biomédica Second Sight, que não estava envolvido na pesquisa. “Mas não fale sobre como poderia estar ligado ao sistema visual humano”. Ela trabalha com dispositivos de tratamento da cegueira, incluindo uma prótese de retina chamada Argus II, e ressalta que o desenvolvimento da interface eletrônica é apenas o primeiro passo. Tal dispositivo precisará interagir com o cérebro humano para produzir imagens. “Esse é um dos maiores desafios: como obter qualquer tipo de interface de alta resolução de forma segura e confiável e depois trabalhar com o sistema visual humano”
Outras vezes, existem diferentes tipos de cegueira, e olhos perfeitos podem nem sempre produzir uma visão perfeita. Por exemplo, o desenvolvimento cerebral durante a infância e a infância é crucial para processar a entrada visual – assim, uma pessoa que nasce cega pode nunca ter a fiação cerebral necessária para ver através dos olhos protéticos mais tarde na vida. Dorn observa que os receptores do implante Argus II são todos adultos que perderam a visão muito mais tarde. E mesmo eles têm diferentes níveis de sucesso: alguns só ganham a capacidade de diferenciar luz e sombra, enquanto outros podem processar formas. Ainda assim, ela diz que qualquer conexão visual com o ambiente pode resultar em mais independência e maior liberdade de movimento. E as próteses não são a única aplicação valiosa dos olhos artificiais: tais dispositivos poderiam ter aplicações imediatas na visão robótica.
“Mimitar os olhos naturais tem sido um sonho para muitos engenheiros ópticos”, diz Jiang, observando que alguns pesquisadores procuram imitar os olhos dos mamíferos e que outros trabalham com os compostos semelhantes a insetos. O campo está finalmente começando a ter verdadeiros avanços, acrescenta ele. “Acho que em cerca de 10 anos, devemos ver algumas aplicações práticas muito tangíveis desses olhos biônicos”