角膜病变可导致人眼视力丧失，严重时可导致失明。 据统计，全世界有数千万人因角膜疾病而失明。 角膜移植是治疗这类疾病的有效方法，但由于角膜供体数量有限，每70名患者中只有约1名能及时进行角膜移植，大多数患者只能在黑暗中等待。
近年来，研究人员开发了几种类型的人造角膜，以缓解角膜供体的紧张感。 其中，波士顿型人工角膜研究最广泛，已应用于临床**。 这些人工角膜虽然可以对人体原生角膜进行保护、光折射等一些功能，但它们不具备感知触觉的能力，无法实现角膜反射。 因此，开发具有感觉的人工智能角膜对于解决角膜供体短缺和角膜疾病具有重要意义。
日前，南开大学电子信息与光学工程学院徐文涛教授团队设计并构思了一种具有感觉的人工智能角膜，使人工角膜离人类原生角膜更近了一步。 研究结果最近发表在国际期刊《自然通讯》（Nature Communications）上。
角膜就像眼睛的晶状体，作为屈光介质，它显得又薄又透明，光线只能通过角膜进入眼睛内部。 同时，作为眼睛的外屏障，外界物质也必须通过角膜才能进入眼睛。 因此，健康的角膜可以保护眼睛免受外界物质的侵害。
此外，角膜是身体神经最密集的部位之一。 当外部物质接触角膜时，会引起不自主的眼睑闭合反射（角膜反射），从而导致双侧眼轮匝肌收缩，导致双侧眨眼运动。
角膜反射可用于临床诊断，以帮助医生确认面瘫患者的病情。 徐文涛介绍，当角膜健康时，被检查者的眼睑会迅速闭合，并发生直接的角膜反射如果一侧角膜受到刺激，另一侧也闭上眼睑，则称为间接角膜反射。
近年来，徐文涛带领团队专注于柔性神经仿生电子领域，在柔性人工感知和运动神经数字可控打印、神经形态电子器件及材料等方向取得了一系列原创性成果。 其中包括世界上第一个人工触觉传入神经的概念和开发，第一个可以切换控制人工肌肉的人工传出神经，以及完整的多模态人工反射弧的开发。
基于这些结果，团队对人工角膜感觉重塑这一关键科学问题开展了科技攻关。 该团队设计并验证了一种人工智能角膜，通过人工反射弧再现“原生感觉”。 反射弧分别利用传感器振荡电路、锌锡氧化物（ZTO）纤维基人工突触和电致变色器件作为受体、处理核心和效应器，实现透射光对外界机械和光学刺激的编码、信息处理和调节。
我们使用振动传感器振荡电路和光传感器振荡电路分别感知外部机械和光学信息，并将它们编码为可以被人工突触读取的电脉冲信号脉冲信号被送入人工突触进行处理，然后输出到电致变色器件以驱动其响应。 徐文涛介绍，电致变色器件的颜色将受到人工突触电信号的制约。 随着信号的增加，器件逐渐从浅蓝色变为深蓝色，这进一步降低了通过器件的光通量。 这个过程模拟了轮廓肌肉的收缩，并能够智能地控制透射光的量。
此外，该团队使用数字对齐的ZTO纤维作为人工突触的通道，并开发了一种调节长程和短程突触可塑性的新方法。 中通光纤不仅长而连续，绿色无毒，成本低廉，而且光学性能优异（透光率大于99.）。89%，雾度小于036%），晶体结构精确调谐，可定制长短程突触可塑性，用于关联习和加密通信。
徐文涛表示，团队已经在机器人上配备了人工智能角膜进行概念验证。 它不仅可以模仿眼轮匝肌的收缩，还具有像人类原生角膜一样的保护、触觉感知和光折射功能，扩展了光感知和环境相互作用的能力，在光强变化的环境中为眼睛提供了额外的适应性保护，比人类原生角膜和传统人工角膜更智能。 “未来，优化成熟的人工智能角膜在神经修复和视觉方面具有广泛的应用前景**。 徐文涛说。 （记者陈习）。