借你一双“慧眼”——元宇宙仿生眼的技术突破

元宇宙是人、机、物三种不同的世界相互融合而成，如何做到人与信息、人机之间的智能交互是元宇宙的技术核心所在。在此虚拟现实的场景下，眼动跟踪无疑是元宇宙中必备的一个关键技术。

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目前，元宇宙的概念受到了来自多方面的质疑，其中包括来自虚拟世界超现实三维空间的专家警告，认为元宇宙会负面地影响现实世界中年轻人对肢体的认知。但是这些声音仍然无法阻挡众多的企业跳进元宇宙的浪潮中，比如微软、英伟达、腾讯 、snap等等，还有许多公司已经开始建立与他们自身相似的数字环境了。

元宇宙是人、机、物三种不同的世界相互融合而成，如何做到人与信息、人机之间的智能交互是元宇宙的技术核心所在。在此虚拟现实的场景下，眼动跟踪无疑是元宇宙中必备的一个关键技术。通过头戴的设备，仿生眼能够把真实场景进行三维建模，将可视的东西都建模成三维模型。另一方面，通过尖端的技术与硬件，可以把眼前看到的直接计算出来，这样人们就可以在头戴设备的帮助下，构建起他面前的虚拟空间。同时，结合听觉、嗅觉、触觉等其他交互手段构成虚实结合的世界。

电子仿生眼

目前，Facebook已经在与元宇宙相关的多个领域进行深度投资与研究，并已经更名为Meta（元宇宙），正致力于将尽可能多的用户从现实世界中转移出来，将他们转投于充满化身的元宇宙（Metaverse）世界中。最近，他们以Two-Axis Mechanical Rotatable Eyeball（双轴机械旋转眼球）为题发表了一项仿生眼专利技术——一个仿生眼球覆盖在一个类似皮肤的薄膜上，并且能够模仿人类动作，如嘴巴和眉毛的动作。与众多的仿生眼研究不同，Meta的电子仿生眼将被组装为某种“电子动画设备”的部件，用于精准跟踪人类眼球的运动。

这也再次证明了Facebook对于未来发展的考虑有多么深远。通常情况下，一个没有头的眼睛很难被大多数人所接受。可是在此专利中表示，Meta 的电子仿生眼在制造中会与电子机器人头部相连，使观察者认为是真实可信的。目前，Meta正在慢慢融入元宇宙这个宏大的项目，如何让用户在其中获得真实的感官体验是 Meta 的重要研究方向。

在Meta的专利申请中是这样描述仿生眼的，“这是一个与人类眼球几乎同等大小的电子动画眼球。这个电子仿生眼不仅仅是一个在轴线上移动的金属球，同时它的外壳也类似于真实人类眼球的外表。” 不过，其相似性还没有到此结束。这款仿生眼旨在抓住根本性的设计。“外壳近似球形的表面代表了眼球的巩膜，而曲面代表了眼球的角膜。角膜中包括了瞳孔”。目前，Meta已经开始训练人工智能用人类的视角来观察它周围的环境。

而一款机械眼球究竟能做些什么呢？根据专利申请中的描述，这款机械仿生眼可以应用于眼动跟踪系统，作为高级AR或VR硬件的试验场，比如Facebook 公司的高端头显Project Cambria。众多周知，VR头显在很大程度上得益于眼动跟踪硬件，相比于制造出一种类似于人眼的机器人眼球，这种方法可以更好地进行测试和训练。此外，机械眼球具有可伸缩的功能，这就意味着除了作为元宇宙指定的测试与验证的可穿戴技术，它还能应用于更加广泛的领域。目前，Facebook 正在设计的机械眼球，可以搜集眼动跟踪的数据并将它实时传送给处理系统或是接近实时。

低能耗仿生眼

而近期发表的另一款仿生眼同样非常值得关注。英国诺森比亚大学与中国哈尔滨工业大学的研究人员联合研发了一种低功率系统的仿生眼。研究人员将一种软金属铟元素注入到二硫化钼(MoS2)的二维材料中提高了导电性，同时还降低了开发仿生眼的光学突触的功耗。随后，研究人员在电子视网膜的结构中进行了测试，发现这种方式产生了所需的高质量图像感应功能。

这一研发成果已经发表在著名的科学杂志《Advanced Materials》上。研究组的Fu教授是形状记忆、压电薄膜、纳米材料和纳米设备方面的专家。他表示：“目前的视觉系统是基于物理上分离的传感器、存储器和处理单元来运行的。这些系统通常是高功耗，而且难以执行复杂的图像理解和处理任务。” 尤其是我们想看到清晰真实的场景，对于计算、能源和耗电的要求都非常高。因此，在此次研究中迫切需要可以整合传感和储存功能的新器件。突触器件就可以满足上述两个需求，但是目前大部分的突触器件存在功耗高、结构复杂等问题。而研究人员采用了新兴的光子突触，它结合了光和电神经形态调制和计算，带来了高带宽、快速度、低串扰等优势，极大地降低了功耗。实际上，类脑神经网络是通过各种人工突触器件的更新进行信息的传输与处理。

二硫化钼具备较强的光辐射率、高断裂应变以及广泛的制备方法，已经被广泛应用于制造光学突触。可是，二硫化钼制备的光突触的功耗要比生物突触的功耗高几百倍。研究人员通过在器件沟道二维半导体二硫化钼的表面增加不连续的电子注入层（铟层），有效降低了光突触器件的功耗，使其低到每脉冲68.9阿焦，远小于目前同类器件的国际报道值（＞1皮焦）。“所以，我们新研发的方法对于下一代人工视觉系统具有重要意义”。这项研究得到了英中皇家学会国际交流基金和中国国家科学基金委员会的资金支持。

除此之外，这项研究还克服了在弯曲表面上材料生长与器件加工集成的难题，构筑了仿神经突触器件阵列组成的半球形电子视网膜，实现了图像传感与学习功能，为仿神经光突触器件的性能调控以及视觉芯片提供了新的策略。对于受到永久性视物变形损伤的视网膜病患者来说，这项成果提供了基于MR头戴式显示器的视觉畸变纠正方案，作为视觉辅助手段使得永久性视物变形患者，可以通过电子辅具，重新看到一个不变形的正常的世界，恢复生活质量。同时，也为眼动跟踪系统提供了另一种高效的解决方案。

编译自Scitech daily