角膜病變可導致人眼視力喪失，嚴重時可導致失明。 據統計，全世界有數千萬人因角膜疾病而失明。 角膜移植是治療這類疾病的有效方法，但由於角膜供體數量有限，每70名患者中只有約1名能及時進行角膜移植，大多數患者只能在黑暗中等待。
近年來，研究人員開發了幾種型別的人造角膜，以緩解角膜供體的緊張感。 其中，波士頓型人工角膜研究最廣泛，已應用於臨床**。 這些人工角膜雖然可以對人體原生角膜進行保護、光折射等一些功能，但它們不具備感知觸覺的能力，無法實現角膜反射。 因此，開發具有感覺的人工智慧角膜對於解決角膜供體短缺和角膜疾病具有重要意義。
日前，南開大學電子資訊與光學工程學院徐文濤教授團隊設計並構思了一種具有感覺的人工智慧角膜，使人工角膜離人類原生角膜更近了一步。 研究結果最近發表在國際期刊《自然通訊》（Nature Communications）上。
角膜就像眼睛的晶狀體，作為屈光介質，它顯得又薄又透明，光線只能通過角膜進入眼睛內部。 同時，作為眼睛的外屏障，外界物質也必須通過角膜才能進入眼睛。 因此，健康的角膜可以保護眼睛免受外界物質的侵害。
此外，角膜是身體神經最密集的部位之一。 當外部物質接觸角膜時，會引起不自主的眼瞼閉合反射（角膜反射），從而導致雙側眼輪匝肌收縮，導致雙側眨眼運動。
角膜反射可用於臨床診斷，以幫助醫生確認面癱患者的病情。 徐文濤介紹，當角膜健康時，被檢查者的眼瞼會迅速閉合，並發生直接的角膜反射如果一側角膜受到刺激，另一側也閉上眼瞼，則稱為間接角膜反射。
近年來，徐文濤帶領團隊專注於柔性神經仿生電子領域，在柔性人工感知和運動神經數字可控列印、神經形態電子器件及材料等方向取得了一系列原創性成果。 其中包括世界上第乙個人工觸覺傳入神經的概念和開發，第乙個可以切換控制人工肌肉的人工傳出神經，以及完整的多模態人工反射弧的開發。
基於這些結果，團隊對人工角膜感覺重塑這一關鍵科學問題開展了科技攻關。 該團隊設計並驗證了一種人工智慧角膜，通過人工反射弧再現“原生感覺”。 反射弧分別利用感測器振盪電路、鋅錫氧化物（ZTO）纖維基人工突觸和電致變色器件作為受體、處理核心和效應器，實現透射光對外界機械和光學刺激的編碼、資訊處理和調節。
我們使用振動感測器振盪電路和光感測器振盪電路分別感知外部機械和光學資訊，並將它們編碼為可以被人工突觸讀取的電脈衝訊號脈衝訊號被送入人工突觸進行處理，然後輸出到電致變色器件以驅動其響應。 徐文濤介紹，電致變色器件的顏色將受到人工突觸電訊號的制約。 隨著訊號的增加，器件逐漸從淺藍色變為深藍色，這進一步降低了通過器件的光通量。 這個過程模擬了輪廓肌肉的收縮，並能夠智慧型地控制透射光的量。
此外，該團隊使用數字對齊的ZTO纖維作為人工突觸的通道，並開發了一種調節長程和短程突觸可塑性的新方法。 中通光纖不僅長而連續，綠色無毒，成本低廉，而且光學效能優異（透光率大於99.）。89%，霧度小於036%），晶體結構精確調諧，可定製長短程突觸可塑性，用於關聯習和加密通訊。
徐文濤表示，團隊已經在機械人上配備了人工智慧角膜進行概念驗證。 它不僅可以模仿眼輪匝肌的收縮，還具有像人類原生角膜一樣的保護、觸覺感知和光折射功能，擴充套件了光感知和環境相互作用的能力，在光強變化的環境中為眼睛提供了額外的適應性保護，比人類原生角膜和傳統人工角膜更智慧型。 “未來，優化成熟的人工智慧角膜在神經修復和視覺方面具有廣泛的應用前景**。 徐文濤說。 （記者陳習）。