新 一代可植入性人工光感受器

助力恢復(fù)盲小鼠視力

●創(chuàng)新點

視網(wǎng)膜中對光敏感的感受細胞（光感受器），受光照射產(chǎn)生電信號啟動了視覺過程。由于光感受器不能自行修復(fù)，它們一旦損傷或退變（如常見的黃斑變性），就有可能導(dǎo)致失明。人造光感受器有望通過與受損的視網(wǎng)膜進行連接，人為地將光信號轉(zhuǎn)為神經(jīng)信號，幫助患者重見光明。然而，此類設(shè)備有著自身的局限——為了產(chǎn)生并傳導(dǎo)信號，它們需要植入一個額外的微電子處理器，這限制了人造光感受器在體內(nèi)的應(yīng)用。如果能打破這一限制，無疑能拓展此類設(shè)備的應(yīng)用前景。近日，復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院和復(fù)旦大學(xué)先進材料實驗室聯(lián)手，經(jīng)過3年的不懈努力，研發(fā)出了一種納米線陣列，這種創(chuàng)新材料可以用作人造光感受器，替代視網(wǎng)膜關(guān)鍵細胞的功能。

●方法和結(jié)果

該合作團隊受光感受器的結(jié)構(gòu)和功能啟發(fā)，研發(fā)了經(jīng)過金納米顆粒修飾的二氧化鈦納米線陣列的人工光感受器。該納米線陣列植入盲小鼠視網(wǎng)膜中后，視網(wǎng)膜中存留的神經(jīng)節(jié)細胞（把視覺信號經(jīng)視神經(jīng)向大腦視覺中樞傳遞）恢復(fù)了對綠色、藍色和近紫外的光反應(yīng)，其對光的敏感度和空間分辨率均接近正常小鼠。研究團隊進一步在活的盲小鼠眼底植入納米線陣列，發(fā)現(xiàn)視覺中樞（視皮層）的神經(jīng)元也恢復(fù)了對光的響應(yīng)，瞳孔光反射有所改善，這些結(jié)果表明盲小鼠的視覺已恢復(fù)。

應(yīng)用前景

該研究成果為黃斑變性等視覺疾病的治療提供了一條新途徑。通過研發(fā)新一代可植入性人工光感受器，幫助視覺恢復(fù)。

Source：Jing Tang, Nan Qin,Yan Chong, et al. Nanowire arrays restore vision in blind mice [J].Nature Communications 9, 2018,786. https://www.nature.com/articles/s41467-018-03212-0. DOI:10.1038/s41467-018-03212-0.

運 動控制與姿態(tài)調(diào)節(jié)算法取得重要進展

可應(yīng)用于可穿戴爬行機器人

●創(chuàng)新點

可穿戴機器人是機器人研究領(lǐng)域的重要分支之一，在促進新型醫(yī)療與現(xiàn)代軍事作戰(zhàn)方面具有重要的意義。可穿戴機器人的準確性與魯棒性是現(xiàn)存的兩大技術(shù)難點。難點之一在于與柔性材料接觸，精確的系統(tǒng)建模難以實現(xiàn)；難點之二在于難以建立魯棒的系統(tǒng)控制方法，所攜帶硬件控制器的計算能力受限。中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院的科研團隊經(jīng)過長期調(diào)研與實踐，成功研究出了用于柔性材料的可穿戴爬行機器人的控制算法。

●方法和結(jié)果

研究人員經(jīng)過長時間的努力，基于Clothbot原型樣機成功研究出了其運動控制與姿態(tài)調(diào)節(jié)算法。該算法可實現(xiàn)其驅(qū)動裝置位置控制穩(wěn)定階段RMSE=0.432和速度控制穩(wěn)定階段RMSE=0.505。同時，該算法可實現(xiàn)主動調(diào)節(jié)機器人尾部傾角，進而調(diào)節(jié)夾持機構(gòu)的夾持量，防止因機器人夾持量過大，卡死在柔性材料表面；或者因機器人夾持量過小，脫離柔性材料表面。

應(yīng)用前景

可穿戴爬行機器人是未來可穿戴設(shè)備的一個重要的發(fā)展方向。吳新宇團隊的研究提供了一種能夠讓機器人在柔性材料表面進行路徑規(guī)劃和垂直爬行的復(fù)雜算法，為將來可穿戴機器人的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

Source：Xinyu Wu, Jia Liu,Yimin Zhou. et al. Movement Control and Attitude Adjustment of Climbing Robot on Flexible Surfaces[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2018, 65(3)：2618-2628.