电子视觉假体，或仿生眼，已经显示出通过电脉冲人工启动神经反应来恢复盲人的功能性视力的可行性。然而，现有的视觉假体主要使用有线连接或电磁波进行供电和数据遥测，这将引起安全问题或导致微型植入单元的低效率耦合。而无线驱动植入式/可穿戴式电子设备的另一种选择是采用可编程的外部超声源，这将在空间分辨率和电输出参数方面提供令人满意的可控性。最近，超声驱动的能量传输已经成为一种新兴的无线功率传输和通信技术。与电磁波相比，超声波较短的波长使其能够与微小的电子装置有效耦合，特别是小型化的阵列接收器，如生物仿生视网膜刺激阵列。
鉴于此，美国南加州大学Qifa Zhou教授与Yong Chen教授合作，提出了一种新的应用于仿生视觉假体的柔性超声诱导视网膜刺激压电阵列。论文以“Flexible Ultrasound-Induced Retinal Stimulating Piezo-Arrays for Biomimetic Visual Prostheses”为题，发表在Nature communications期刊。南加州大学博士后Laiming Jiang，博士生Gengxi Lu，博士生Yushun Zeng为论文的共同第一作者。其中博士后Laiming Jiang（现为四川大学材料科学与工程学院特聘副研究员）也为该论文的共同通讯作者。论文作者还包括南加州大学博士生Yizhe Sun，博士生Haochen Kang，实验技术员James Burford，博士生Chen Gong，以及美国国家工程院和美国国家医学科学院两院院士Mark S. Humayun教授。
文章亮点：
1、基于柔性压电超声技术，制造了一种复杂且灵活的超声诱导视网膜刺激压电阵列（F-URSP），它可以为后天失明的人提供假性视觉。该器件在柔性印刷电路板（PCB）上集成了一个二维压电阵列，以提供具有32像素的刺激单元。
2、具有空间声功率分布的超声场可以通过外部超声换能器（例如二维阵列超声换能器）进行适当编程和无线传输。而发射的超声功率将被压电阵列接收，然后转换为电能，从而引起视网膜细胞群的神经反应。并且，空间上的复杂刺激模式可以通过刺激电极阵列施加到视网膜上，该阵列由独立的电极组成，在视网膜表面对应有许多电极接口。
3、通过结构优化，在每个1-3个压电元件中获得了较高的声电转换效率，在低而安全的超声波强度下，可以诱发视网膜反应的电阈值（≈1-50 nC）。作为原理证明，通过使用制作的F-URSP器件证明了连续声场诱导的模式重建和视网膜组织的体外电刺激反应。基于这些结果，这项研究为超声诱导的无线视觉假体奠定了基础，它为失明者创造人工视觉提供了一种新方法。
图1.F-URSP的设计结构和工作原理。a，显示柔性超声装置的示意图。植入式 F-URSP 由集成到柔性 PCB 中的高性能压电复合材料阵列、整流器和电极阵列组成。阵列中的每个压电通道 (CH1-CH32) 单独工作，可以将传输的 超声转换为电流，经过整流后，通过集成电极对视网膜神经元进行电刺激。相应诱发的动作电位会通过视神经传导至中枢视觉通路，从而产生视觉感知。因此，F-URSP架构利用可编程超声束的优势，以无线方式实现复杂图案的视觉投影。未来将设计用于摄像的微型摄像头和用于光学图像到程序处理的集成芯片 (IC) 并集成到眼镜中，以激发超声发射阵列。b, F-URSP的结构和尺寸示意图。该设计参考了人类眼球的大小（半径 ~ 12 毫米），用于未来的植入物应用。c，照片显示了制作完成的具有柔性特征的 F-URSP器件。
图2 由二维阵列换能器的可编程声场诱导的图案识别功能。a, 示意图显示了F-URSP的一种工作模型，其中一个二维阵列超声换能器被用来激发可编程的声场。b, 一个二维阵列换能器的照片。c, 示意图显示通过调整每个元件的发射振幅和相位以实现换能器阵列对超声束进行转向和聚焦。d,e，模拟具有“H ”图案的声场在空间中的声压强度分布。f-h，输出电压大小分布成像结果。通过二维超声阵列换能器产生的可编程“II”型（f）、“H”型（g）和“V”型（h）声场图案重建。色条表示幅度分布（20logVo/Vmax）。
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