Cải thiện thị lực cho người bị thoái hóa điểm vàng bằng kính viễn vọng áp tròng

Một người bị thoái hóa điểm vàng sẽ nhìn như thế này.

Thoái hóa điểm vàng do tuổi tác (Age-related macular degeneration - AMD) là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến tình trạng mù lòa đối với người cao tuổi tại các nước phương Tây. Điểm vàng là một bộ phận nằm ở vùng trung tâm của võng mạc, giúp chúng ta nhận biết sự sắc nét và màu sắc hình ảnh. Các tế bào điểm vàng bị thoái hóa khiến mắt mất dần khả năng nhìn chi tiết ở vùng trung tâm thị giác. Các liệu pháp điều trị quang học truyền thống không mấy hiệu quả đối với một võng mạc đã bị suy yếu. Vì vậy, nhóm các nhà nghiên cứu đa ngành dẫn đầu gới giáo sư Joseph Ford tại đại học California, San Diego (UCSD) đã tạo ra một loại kính áp tròng viễn vọng có thể chuyển đổi giữa các chế độ nhìn bình thường và phóng đại nhằm cải thiện thị lực cho bệnh nhân AMD.

Với các liệu pháp điều trị quang học thông thường, ánh sáng hướng tới mắt được phóng đại và phân tán tới các thành phần không bị tổn thương của võng mạc giúp bệnh nhân có thể nhìn được. Bệnh nhân có thể thực hiện công việc thường nhật như đọc sách báo, nhận biết khuôn mặt và chăm sóc bản thân dễ dàng hơn.

Giải pháp thường dùng đối với bệnh nhân AMD là một loại kính viễn vọng nhỏ, dày khoảng 4,4 mm. Tuy nhiên, kích thước kềnh càng ảnh hưởng đến thẩm mỹ, trường quan sát bị hạn chế và các vấn đề liên quan đến tiền đình (mất thăng bằng, chóng mặt) do mắt phải điều tiết để ổn định hình ảnh khiến giải pháp này chưa được đón nhận rộng rãi. Giải pháp hiện đại hơn là kính viễn vọng cấy ghép, thế nhưng để sử dụng loại kính này thì bệnh nhân phải phẫu thuật cấy ghép và loại bỏ tròng mắt tự nhiên. Lượng ánh sáng đến mắt để phóng đại cũng bị hạn chế và chi phí phẫu thuật đắt đỏ, thường trên 25.000 USD/mắt.

Đồng tác giả nghiên cứu - Eric Tremblay đến từ Trường đại học bách khoa liên bang Lausanne (EPFL) (Thụy Sĩ) cho biết: "Để một phương pháp điều trị quang học được chấp nhận thì nó cần phải tiện lợi và kín đáo". Vì vậy, kính áp tròng viễn vọng là một phương pháp có thể thỏa mãn giữa loại kính viễn vọng đeo mắt và kính viễn vọng micro cấy ghép.

Kính áp tròng viễn vọng do nhóm nghiên cứu của Ford chế tạo chỉ dày 1,17 mm (hình trên). Kính có 2 phần: phần trung tâm có đường kính 2,2 mm mang lại tầm nhìn không phóng đại (1X). Trong khi đó, phần thấu kính hình khuyên sẽ phản xạ ánh sáng tới 4 lần trước khi được chuyển tiếp vào mắt, qua đó mang lại hình ảnh phóng đại 2,8X. Độ phức tạp và tạo hình chính xác của kính được thực hiện bằng quy trình tiện kim cương.

Để chuyển đổi giữa 2 chế độ nhìn, bệnh nhân sẽ phải đeo thêm một cặp mắt kính tinh thể lỏng có lớp phân cực tuyến tính. Yếu tố quang học tinh thể lỏng sẽ thay đổi độ phân cực của ánh sáng khi đưa vào một điện áp.

Ánh sáng phân cực sau khi đi qua lớp tinh thể lỏng sẽ thẳng hàng với tâm khẩu độ của mắt và chỉ ánh sáng này mới đi vào kính áp tròng, mang lại hình ảnh bình thường, không phóng đại. Nếu điện áp trên lớp tinh thể lỏng được thay đổi, ánh sáng sẽ bị phân cực 90 độ và đi vào phần thấu kính hình khuyên trên kính áp tròng, mang lại hình ảnh phóng đại 2,8 lần. Hoạt động chuyển đổi diễn ra rất nhanh và bình thường bệnh nhân không thể thấy được.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thiết kế kính áp tròng mới với cả mô hình máy tính và thấu kính nhân tạo. Họ cũng tạo ra một mô hình mắt người với kích thước thật để ghi lại hình ảnh thông qua hệ thống kính áp tròng-kính đeo tinh thể lỏng. Trong quá trình chế tạo kính, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một loại vật liệu cứng có tên polymethyl methacrylate (PMMA). Sở dĩ phải sử dụng loại vật liệu này bởi họ cần phải đặt các đường rãnh nhỏ vào thấu kính để hiệu chỉnh hiện tượng biến màu gây ra bởi hình dạng của thấu kính.

Các thử nghiệm cho thấy chất lượng hình ảnh phóng đại qua kính áp tròng rõ ràng và mang lại trường quan sát rộng hơn so với các phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu phải điều chỉnh thêm trước khi hệ thống được thương mại hóa. Theo đó, hiện tượng giảm chất lượng và độ tương phản hình ảnh vẫn xảy ra và vật liệu PMMA chưa thật lý tưởng để chế tạo kính áp tròng bởi nó không thấm khí.

Nhóm nghiên cứu hiện đang tìm cách giữ nguyên thiết kế nhưng sử dụng các vật liệu thấm khí và có thể hiệu chỉnh độ lệch màu mà không cần dùng đến các rãnh nhỏ để uốn cong ánh sáng. Họ hy vọng thiết kế kính áp tròng viễn vọng này sẽ mang lại hiệu năng cải thiện và tầm nhìn tốt hơn cho người bị thoái hóa điểm vàng, ít nhất là trước khi một liệu pháp lâu dài hơn xuất hiện.

Theo: OSA; Gizmag

Đại học California chế tạo cánh tay robot linh hoạt lấy ý tưởng từ đuôi cá ngựa

Có vẻ như những phát minh lấy ý tưởng từ thiên nhiên là "sở trường" của đại học California và hôm nay, nhóm nghiên cứu tại trường kỹ thuật Jacobs thuộc UC San Diego đã giới thiệu một cấu trúc độc đáo lấy tưởng từ bộ áo giáp của loài cá ngựa. Họ đang tìm cách áp dụng cấu trúc này vào lĩnh vực robot nhằm cải thiện độ linh hoạt của cánh tay robot khi thực hiện các công việc như thăm dò dưới biển hoặc tháo gỡ bom mìn.

Mặc dù cá ngựa không phải là loài duy nhất được tạo hóa ban tặng cho lớp áo giáp nhưng có lẽ đây là thiết kế linh hoạt nhất. Sở hữu đặc tính cầm nắm tương tự đuôi khỉ, đuôi của cá ngựa cho phép nó neo mình trên các rặng san hô và tảo biển. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tự hỏi liệu lớp áo giáp này có mang lại khả năng bảo vệ khỏi sự nghiền nát - một cơ chế tấn công phổ biến của các loài săn mồi bao gồm cả cua và rùa? Bằng cách thử nghiệm khả năng chịu lực của đuôi cá ngựa, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng lớp áo giáp có thể bị đè nén đến hơn 1 nửa chiều rộng ban đầu mà không gặp phải thương tổn vĩnh viễn. Chỉ khi bị đè nén đến hơn 60%, cột sống của cá ngựa mới bị tổn thương hoàn toàn và lúc này các mô và cơ đuôi sẽ hấp thụ hầu hết lực nén. Dĩ nhiên là chú cá ngựa tội nghiệp bị đem thí nghiệm đã chết.

Đuôi của một con cá ngựa bao gồm 36 đoạn với kích thước nhỏ dần cho đến chóp đuôi. Mỗi đoạn có dạng hình vuông, được tạo thành từ 4 đĩa chữ L có thể xoay và trượt lên nhau. Chúng được kết nối với cột sống bằng các mô liên kết và đây là cấu trúc tạo ra độ linh hoạt lớn cho đuôi.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ in 3D để tái tạo cấu trúc của các đĩa chữ L và chúng được đính vào nhau bằng polymer để mô phỏng các cơ. Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là chế tạo một cánh tay robot với cả 2 vật liệu cứng và mềm. Với các đặc tính tương tự đuôi cá ngựa, họ cho rằng cánh tay robot có thể cầm nắm các vật thể với nhiều kích thước và tiềm năng được sử dụng trên nhiều lĩnh vực từ thiết bị y tế, khám phá đại dương cho đến tháo gỡ bom mìn.

Cá ngựa thuộc chi Hippocampus và họ Syngnathidae, bao gồm cả cá chìa vôi. Riêng chi Hippocampus có đến 54 loài đã được biết đến. Nhà nghiên cứu Michael Porter tại trường kỹ thuật Jacobs cho biết: "Cá ngựa độc đáo ở chỗ nó có một cái đầu như ngựa, một cái mõm dài hình ống như thú ăn kiến, một cái đuôi linh hoạt như khỉ, một cái túi nuôi con như kangaroo, lớp vảy ngụy trang như cá bơn, cặp mắt chuyển động độc lập như tắc kè." "Chúng tôi nghiên cứu trọng tâm về chiếc đuôi của cá ngựa bởi khả năng cầm nắm linh hoạt của nó và được bảo vệ bằng một lớp giáp tự nhiên." Đối với nghiên cứu trên, nhóm của Porter đã sử dụng loài cá ngựa cửa sông hay cá ngựa vàng (Hippocampus kuda) rất phổ biến tại vùng biển duyên hải Ấn Độ Dương - Thái Bình Dương.

Dưới đây là video trình diễn nguyên mẫu đầu tiên của cấu trúc nhân tạo giống đuôi cá ngựa:

Theo: UCSD; Gizmag