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(diǎn)

視網(wǎng)膜中對(duì)光敏感的感受細(xì)胞（光感受器），受光照射產(chǎn)生電信號(hào)啟動(dòng)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(jìn)行連接，人為地將光信號(hào)轉(zhuǎn)為神經(jīng)信號(hào)，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(hào)，它們需要植入一個(gè)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(jìn)材料實(shí)驗(yàn)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(xì)胞的功能。

●方法和結(jié)果

該合作團(tuán)隊(duì)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(xì)胞（把視覺信號(hào)經(jīng)視神經(jīng)向大腦視覺中樞傳遞）恢復(fù)了對(duì)綠色、藍(lán)色和近紫外的光反應(yīng)，其對(duì)光的敏感度和空間分辨率均接近正常小鼠。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)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(duì)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(yùn) 動(dòng)控制與姿態(tài)調(diào)節(jié)算法取得重要進(jìn)展

可應(yīng)用于可穿戴爬行機(jī)器人

●創(chuàng)新點(diǎn)

可穿戴機(jī)器人是機(jī)器人研究領(lǐng)域的重要分支之一，在促進(jìn)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(jī)器人的準(zhǔn)確性與魯棒性是現(xiàn)存的兩大技術(shù)難點(diǎn)。難點(diǎn)之一在于與柔性材料接觸，精確的系統(tǒng)建模難以實(shí)現(xiàn)；難點(diǎn)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(jì)算能力受限。中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長(zhǎng)期調(diào)研與實(shí)踐，成功研究出了用于柔性材料的可穿戴爬行機(jī)器人的控制算法。

●方法和結(jié)果

研究人員經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的努力，基于Clothbot原型樣機(jī)成功研究出了其運(yùn)動(dòng)控制與姿態(tài)調(diào)節(jié)算法。該算法可實(shí)現(xiàn)其驅(qū)動(dòng)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(shí)，該算法可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)器人尾部?jī)A角，進(jìn)而調(diào)節(jié)夾持機(jī)構(gòu)的夾持量，防止因機(jī)器人夾持量過大，卡死在柔性材料表面；或者因機(jī)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(jī)器人是未來可穿戴設(shè)備的一個(gè)重要的發(fā)展方向。吳新宇團(tuán)隊(duì)的研究提供了一種能夠讓機(jī)器人在柔性材料表面進(jìn)行路徑規(guī)劃和垂直爬行的復(fù)雜算法，為將來可穿戴機(jī)器人的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)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.