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美國(guó)研究人員用3D打印技術(shù)，打印出首個(gè)“仿生眼”原型。 資料圖片

據(jù)美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)研究人員首次完全采用3D打印技術(shù)，在一個(gè)半球形表面上打印出了一列光接收器，這一成果標(biāo)志著科學(xué)家向制造出實(shí)用“仿生眼”邁出了重要一步。這種“仿生眼”未來可幫助盲人看見東西，或使不盲之人看得更清楚。

最新研究發(fā)表于《先進(jìn)材料》雜志。論文合著者、明尼蘇達(dá)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授邁克爾·麥卡賓說：“仿生眼睛通常被認(rèn)為是科幻小說中才會(huì)出現(xiàn)的情節(jié)，但現(xiàn)在，多材料3D打印機(jī)的應(yīng)用，讓科幻比以往任何時(shí)候都更接近現(xiàn)實(shí)?！?/p>

研究人員從一個(gè)半球形玻璃圓頂開始，克服了在曲面上打印電子元件的各種挑戰(zhàn)，得到了最新的“仿生眼”模型。

他們特制的3D打印機(jī)使用以銀粒子為基礎(chǔ)的墨水。墨水保持在適當(dāng)?shù)奈恢貌⒕鶆虻馗稍?，而不是沿著彎曲的表面向下流?dòng)。然后，他們用半導(dǎo)體聚合物材料來打印光電二極管，將光轉(zhuǎn)換為電能，整個(gè)過程大約需要一個(gè)小時(shí)。麥卡賓表示，該過程中最令人驚訝的是，借助完全由3D打印出來的半導(dǎo)體，將光轉(zhuǎn)換為電的效率高達(dá)25%。

麥卡賓說：“要想可靠地打印出活性電子產(chǎn)品，還有很長(zhǎng)的路要走，但我們的3D打印半導(dǎo)體現(xiàn)在已經(jīng)證明，它們的效率可與由微加工設(shè)備制造的半導(dǎo)體器件相媲美?！?/p>

麥卡賓表示，接下來，他們計(jì)劃打印一個(gè)擁有更多光接收器（因此效率更高）的“仿生眼”原型，還希望找到一種在柔軟的半球形材料（能被植入真實(shí)眼睛內(nèi)）上進(jìn)行打印的方法。

麥卡賓團(tuán)隊(duì)以在單一平臺(tái)上集成3D打印、電子學(xué)和生物學(xué)而聞名。幾年前，他們?cè)虼蛴〕觥胺律倍艿絿?guó)際關(guān)注。從那時(shí)起，他們采用3D打印方法，制造出了多種可用于外科手術(shù)的人造器官、可幫助脊髓損傷患者恢復(fù)某些功能的細(xì)胞和支架等。

說3D打印是先進(jìn)制造的代表性技術(shù)，一定也不為過，小到細(xì)胞，大到航空發(fā)動(dòng)機(jī)，從軟的組織，到硬的鋼鐵，它展現(xiàn)的成果總是給人驚喜。然而，因打印材料有限、設(shè)計(jì)思路過窄，3D打印似乎沒有像此前預(yù)計(jì)的那樣所向披靡、無所不能。但慢下來的節(jié)奏，并不妨礙科學(xué)家繼續(xù)以堅(jiān)韌不拔的精神，在更細(xì)分的領(lǐng)域，用科技改變特定人群的生活和未來。

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如何通過模擬人腦，開發(fā)出更強(qiáng)大的人工智能系統(tǒng)？這是世界科技前沿的一大研究方向。而“仿生眼”這項(xiàng)人工智能技術(shù)的實(shí)用性很大，不光是美國(guó)團(tuán)隊(duì)在研制，我國(guó)近幾年的科技也在迅速發(fā)展，專家們都在潛心研制這些技術(shù)。據(jù)了解，中科院計(jì)算技術(shù)研究所專家發(fā)明的“寒武紀(jì) 1A”，模擬人腦神經(jīng)元和突觸，是世界首款商用深度學(xué)習(xí)專用處理器。而中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)所張曉林團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一套最接近人眼的視覺系統(tǒng)的“仿生眼”，同樣屬于全球首創(chuàng)。

兄弟聯(lián)手研制 “寒武紀(jì)1A”

隨著“阿爾法狗”（AlphaGo）完勝人類棋手，以深度學(xué)習(xí)為核心技術(shù)的人工智能在全球炙手可熱。不過，“阿爾法狗”的身軀十分龐大，不但使用了約170個(gè)圖形處理器和1200個(gè)中央處理器，還需要海量的機(jī)房設(shè)備、高昂的運(yùn)維成本。這限制了人工智能在我們工作、生活中的推廣應(yīng)用。

能否開發(fā)出一款適合深度學(xué)習(xí)的深度神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)處理器，讓智能機(jī)器的體積大幅縮小，性能卻不降反升？中科院計(jì)算技術(shù)研究所的陳云霽、陳天石兄弟給出了世界首創(chuàng)的解答。2016年兩位專家聯(lián)手研發(fā)出“寒武紀(jì)1A”，成為世界上第一款模擬人腦神經(jīng)元和突觸的深度神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)處理器，性能非常強(qiáng)大，每秒可以處理160億個(gè)神經(jīng)元和超過2萬億個(gè)突觸，但功耗只有市場(chǎng)上最先進(jìn)智核芯片的1/10。之所以取名“寒武紀(jì)”，是因?yàn)樯莼飞嫌兄摹昂浼o(jì)大爆發(fā)”，陳氏兄弟希望這款處理器也具有引爆效應(yīng)，開啟人工智能時(shí)代。

“全自動(dòng)3D攝像機(jī)”誕生

中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)所研究員、愛觀視覺創(chuàng)始人張曉林帶隊(duì)發(fā)明的“仿生眼”，與“寒武紀(jì)1A”一樣，屬于全球首創(chuàng)。張曉林兼有工科和醫(yī)科專業(yè)背景，這讓他想到了用機(jī)器模擬人眼及其相關(guān)的人腦結(jié)構(gòu)。

經(jīng)過多年研發(fā)，“仿生眼”已在中科院上海微系統(tǒng)所的實(shí)驗(yàn)室誕生。它們都有會(huì)動(dòng)的眼珠，左右眼協(xié)同工作，具備人眼的基本功能。

在此基礎(chǔ)上，張曉林團(tuán)隊(duì)發(fā)明了“全自動(dòng)3D攝像機(jī)”。據(jù)介紹，目前的3D視頻拍攝需要兩臺(tái)攝像機(jī)，拍攝后要做大量后期處理，而擁有“仿生眼”的“全自動(dòng)3D攝像機(jī)”能像人眼那樣直接采集3D圖像。這臺(tái)機(jī)器還裝有控制盒，模擬人的小腦和腦干功能。“人腦的這些部位都參與視覺構(gòu)建，所以我們要開發(fā)與之相仿的控制系統(tǒng)?！睆垥粤纸忉屨f。今后，這種系統(tǒng)可與模擬大腦的系統(tǒng)連在一起。

除了拍攝3D視頻，“仿生眼”還有許多可大顯身手的地方。它已安裝在新松雙臂機(jī)器人身上。