Designing an Artificial Human Eye: EC-Eye

The eye is one of the organs with the most complex biological structure. Thanks to this structure, it provides a very wide viewing angle, as well as processing both the distance and the near in detail, and it also provides an incredible harmony according to the environment and light conditions. In addition to its neural networks, layers, millions of photoreceptors, it also has a spherical shape, making it very difficult to copy.
Despite all these difficulties, scientists from the Hong Kong University of Science and Technology continued their work in this area and developed a bionic eye with light-sensitive superconducting perovskite material. This bionic eye, which they call the “Electrochemical Eye” (EC-Eye), is about to do much more, let alone copy a human eye.
 

 
The cameras we have now can sound like a replica of vision. But for small sizes, the resolution and viewing angle do not exactly have the characteristics of the human eye, rather solutions such as microchips are used. But, as we said before, designing them on a spherical surface is not that easy. So how does EC-Eye do this?
We can say that the electrochemical eye consists of 2 parts. There is a lens on the front that functions as a human iris. It also has an aluminum shell filled with an electrically charged liquid on the same side. This liquid is a biological fluid in the form of a gel that fills the inside of the eye, which we know as “Vitreous” in the human eye structure.

 
On the back of the EC-Eye, some wires send the generated electrical activity to the computer to process. It also has a silicone eye socket to make contact. Finally, and most importantly, the sensitive nanowires that perform the detection. These nanowires are so sensitive that their response speed is faster than photoreceptors in a normal human eye. Transmission takes place by transmitting the electrical reactions that occur on the nanowires to the computer. Of course, even if it seems like a very easy process when told in this way, it is an application that pushes the limits of technology. It is even more intriguing that all these processes work with a power and feature that will leave the human eye in the background.
To see how it works, an interface was created between EC-Eye and the computer, and some letters were shown to EC-Eye through this interface. As a result of the detection, it was proven that a higher resolution image was obtained. For the next stages, it will face much more complex tests and studies will continue for its development.

It is very clear that this bionic eye needs to pass many more tests to replace the human eye, especially although it looks like a small device, the stage of connecting nanowires to a computer for processing is now a problem. When it comes to a lot of nanowires, it seems very difficult to install and use them in a practical way, so these bionic eyes may take a little longer to commercialize and be used by everyone. But for now, it gives great hope for the future.
If it comes to a point where it can do things that the human eye cannot perceive, it can be said that it has a lot of potential. What we see in science fiction movies and “These only happen in movies anyway.” It seems that recording, seeing far, night vision, viewing frequencies in other wavelengths is not that inaccessible anymore. Just as these can be done very comfortably even with phone cameras, it is not that difficult to predict that high-end technological applications including artificial intelligence can do this easily.
Artificial Intelligence has already begun to be a part of us in every field.
 
References:

Looking to the Future: Creating an Artificial Eye


https://www.nature.com/articles/s41586-020-2285-x.pdf?origin=ppub
https://tr.euronews.com/2020/05/21/insanlar-ve-robotlar-icin-gelistirilen-biyonik-goz-ilk-testleri-gecti-potansiyelde-s-n-r-y

Yapay İnsan Gözü Tasarlamak: EC-Eye

Göz, en karmaşık biyolojik yapıya sahip organlardan bir tanesi. Bu yapısı sayesinde çok geniş bir görüş açısı sağlamasının yanı sıra hem uzağı hem yakını detaylı bir şekilde işler ve ayrıca çevre, ışık koşullarına göre de inanılmaz bir uyum sağlar. İçinde bulundurduğu sinir ağlarına, katmanlarına, milyonlarca fotoreseptörlere ek olarak bir de küresel şekle sahip olması, onun kopyalanmasını oldukça zorlaştırıyor.
Tüm bu zorluklara rağmen Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden bilim insanları bu alanda çalışmalarına devam etti ve ışığa duyarlı süperiletken perovskit maddesi ile biyonik bir göz geliştirdiler. “Elektrokimyasal Göz” (EC-Eye) adını verdikleri bu biyonik göz, bir insan gözünü kopyalamayı bırakın çok daha fazlasını yapmak üzere.
 

 
Şu an sahip olduğumuz kameralar aslında görme işlevinin bir kopyası gibi gelebilir. Fakat küçük boyutlar için çözünürlük ve görüş açısı tam olarak insan gözünün özelliklerine sahip değil, daha çok mikroçip gibi çözümler kullanılır. Fakat bunların küresel bir yüzeyde tasarlanması önceden de söylediğimiz gibi o kadar kolay olan bir işlem değil. Peki EC-Eye bunu nasıl yapıyor?
Elektrokimyasal göz, temel olarak 2 parçadan oluşuyor diyebiliriz. Ön tarafında insan irisinin görevini yapan bir mercek bulunmakta. Yine aynı tarafta elektrik yüklü bir sıvı ile doldurulmuş alüminyum bir kabuğa sahiptir. Bu sıvı aslında insan göz yapısında “Vitre” olarak bildiğimiz gözün içini dolduran jel şeklinde biyolojik bir sıvıdır.
 

 
EC-Eye’ın arka kısmında ise oluşturulan elektriksel aktiviteyi işlemek üzere bilgisayara gönderen teller bulunmaktadır. Teması gerçekleştirmek adına da silikon bir göz yuvasına sahiptir. Son olarak, ve en önemlisi, algılamayı gerçekleştiren hassas nanoteller. Bu nanoteller o kadar hassas bir yapıya sahiptir ki yanıt hızları, normal bir insan gözündeki fotoreseptörlerden daha hızlıdır. Nanoteller üzerinde oluşan elektriksel reaksiyonların bilgisayara iletilmesi ile de iletim gerçekleşmiş oluyor. Tabii bu şekilde anlatınca çok kolay bir işlem gibi gözükse de aslında teknolojinin sınırlarını zorlayan bir uygulama. Tüm bu işlemlerin insan gözünü arka planda bırakacak bir güçte ve özellikte çalışması ise daha da merak uyandırıcı. 
Nasıl çalıştığını görmek adına, EC-Eye ve bilgisayar arasında bir arayüz oluşturuldu ve bu arayüz sayesinde EC-Eye’a bazı harfler gösterildi. Çıkan algılama sonucunda daha yüksek çözünürlükte görüntü elde edildiği kanıtlandı. İleriki aşamalar için çok daha kompleks testlerle karşı karşıya gelecek ve geliştirilmesi için çalışmalara devam edilecek.
 

 
Bu biyonik gözün insan gözü yerine geçebilmesi için daha birçok testten geçmesi gerektiği çok açık özellikle her ne kadar küçük bir cihaz gibi görünse de nanotellerin bilgisayara işlenmesi için bağlanması aşaması şu an bir sorun yaratmakta. Söz konusu çok fazla nanotel olunca bunların yerleştirilmesi ve pratik şekilde kullanılması oldukça zor gözüküyor, yani bu biyonik gözlerin ticarileşmesi, herkes tarafından kullanılabilmesi, biraz daha uzun bir zaman alabilir. Ama şimdilik, gelecek için büyük bir umut veriyor. 
İnsan gözünün algılayamadığı şeyleri de yapabileceği bir noktaya gelirse eğer, çok fazla özelliğe sahip bir potansiyelinin olduğu söylenebilir. Bilim kurgu filmlerinde gördüğümüz ve “Bunlar sadece filmlerde olur zaten.” dediğimiz kayıt almak, çok uzağı görmek, gece görüşü, başka dalga boylarında frekansları görüntüleme artık o kadar da ulaşılmaz değil gibi duruyor. Bunlar nasıl telefon kameraları ile bile çok rahat bir şekilde yapılabiliyorsa işin içinde yapay zekanın da olduğu üst düzey teknolojik uygulamaların bunu kolaylıkla yapabileceğini tahmin etmek aslında o kadar da zor değil.
Yapay Zeka her alanda bir parçamız olmaya başladı bile.
 
Kaynakça:

Looking to the Future: Creating an Artificial Eye


https://www.nature.com/articles/s41586-020-2285-x.pdf?origin=ppub
https://tr.euronews.com/2020/05/21/insanlar-ve-robotlar-icin-gelistirilen-biyonik-goz-ilk-testleri-gecti-potansiyelde-s-n-r-y