Kamera digital tradisional dan sensor buatan mengandalkan komponen solid-state untuk menangkap gambar. Namun, penglihatan biologis beroperasi dalam lingkungan yang berbeda secara fundamental: ia basah, cair, dan secara kimiawi kompleks. Keterputusan ini telah lama menjadi kendala dalam menciptakan sistem penglihatan buatan yang benar-benar meniru mata manusia.
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Thomas M. Brown di Universitas Roma Tor Vergata telah menjembatani kesenjangan ini dengan BIOPIX, rangkaian sensor piksel yang terinspirasi dari bio. Dengan mengintegrasikan elektronik organik ke dalam media cair biologis, BIOPIX tidak hanya mereplikasi fungsi retina, namun juga lingkungan fisiknya, menawarkan jalur baru untuk teknologi pencitraan canggih dan perawatan medis.
Menjembatani Elektronik Padat dan Cairan Biologis
Inovasi inti BIOPIX terletak pada sifat hybridnya. Meskipun sensor standar menggunakan bahan kering dan padat, BIOPIX menggunakan bahan elektronik organik yang tersuspensi dalam media Ames, elektrolit cair berbasis air yang dirancang khusus untuk penelitian retina. Pengaturan ini memungkinkan perangkat beroperasi pada antarmuka antara elektronik dan biologi.
Rangkaian sensor dirancang untuk meniru kemampuan visual mamalia:
* Deteksi Warna: Rangkaian sensor 2×2 meniru penglihatan dikromatik dan dimediasi kerucut yang ditemukan pada tikus.
* Sensitivitas Skala Abu-Abu: Array 4×4 menggunakan sensor polimer mirip batang untuk mendeteksi intensitas cahaya dan skala abu-abu.
Komponen-komponen ini dicetak stensil pada mikroelektroda, sebuah metode fabrikasi yang mudah diskalakan. Hasilnya adalah perangkat biokompatibel yang menangkap cahaya dan mengubahnya menjadi sinyal listrik dengan cara yang sangat mirip dengan dinamika ionik kompleks retina alami.
Performa yang Mencerminkan Penglihatan Alami
Menurut penelitian yang dipublikasikan di Advanced Materials Technologies, BIOPIX melakukan lebih dari sekadar mendeteksi cahaya; ia memprosesnya dengan cara yang terasa otentik secara biologis.
- Waktu Respons: Tidak seperti sensor solid-state instan, BIOPIX merespons dalam puluhan milidetik. Waktu reaksi yang lebih lambat ini mencerminkan dinamika ionik retina mamalia, yang mengandalkan reaksi kimia berbasis cairan daripada aliran elektron murni.
- Sensitivitas: Terlepas dari media biologisnya, sensitivitas perangkat ini sebanding dengan fotodetektor semikonduktor polimer keadaan padat yang sudah ada.
“Dengan membiarkan bahan elektronik organik berinteraksi dengan lingkungan biologis cair, BIOPIX bereaksi terhadap cahaya dengan cara yang lebih mirip dengan cara kerja retina sebenarnya di alam, baik dalam cara ia merasakan warna (secara spektral) dan seberapa cepat ia merespons,” jelas Profesor Brown.
Dari Sensor ke Layar: Pembuatan Gambar Real-Time
Tantangan signifikan dalam antarmuka bio-elektronik adalah menerjemahkan sinyal ionik menjadi data digital. Untuk mengatasi hal ini, tim mengembangkan sistem pembacaan elektronik khusus yang disesuaikan dengan dinamika temporal retina cair.
Terobosan ini memungkinkan demonstrasi pertama pembuatan gambar berwarna ‘langsung ke layar’ secara real-time menggunakan BIOPIX. Luca Di Nunzio, ahli elektronik digital dan pemrosesan sinyal di tim, mencatat bahwa sistem ini berhasil mengubah insiden cahaya pada sensor BIOPIX menjadi gambar piksel di layar, memvalidasi potensi perangkat untuk aplikasi visual praktis.
Implikasi Medis dan Penelitian Masa Depan
Selain kebaruan teknologinya, BIOPIX juga menjanjikan dalam bidang kesehatan. Prof Antonella Camaioni, salah satu pemimpin penelitian, menekankan bahwa memastikan biokompatibilitas merupakan tonggak penting. Uji in vitro dengan sel stroma mesenkim manusia memvalidasi keamanan platform, sehingga membuka jalan bagi aplikasi biologis di masa depan.
Tujuan utamanya adalah untuk membantu memulihkan penglihatan yang terganggu karena penyakit atau degenerasi makula terkait usia. BIOPIX berfungsi sebagai tempat pengujian untuk:
1. Mempelajari bahan fotoreseptor buatan penyerap foto baru.
2. Mengevaluasi kinerja dalam berbagai kondisi lingkungan sebelum implantasi retina sebenarnya.
3. Memahami perbedaan antara penginderaan solid-state penuh dan antarmuka bio-solid hibrid.
Kesimpulan
BIOPIX mewakili langkah signifikan menuju harmonisasi teknologi dengan biologi. Dengan beralih dari model kering, model padat ke pendekatan berbasis cairan dan basah, emulator retina buatan ini tidak hanya meningkatkan pemahaman kita tentang pemrosesan visual tetapi juga membuka pintu baru untuk mengatasi kehilangan penglihatan. Seiring dengan menyatunya biologi dan teknologi, sistem hibrida tersebut akan segera mengubah cara kita memulihkan penglihatan dan mengembangkan perangkat pencitraan generasi berikutnya.
