穿透黑暗的“火眼金睛”——全球首款红外隐形眼镜

在漫长的黑夜里，古人会点燃篝火驱赶猛兽，也会点起烛火读书写字。如今的我们则会点亮电灯，继续工作、学习与娱乐。人类始终依靠照明来解决夜间视觉受限的问题。然而，森林中的许多野兽却能够在夜晚自如活动，例如擅长夜晚捕猎的花豹和偏好夜间觅食的马来熊。那么，你是否想过，为什么人类无法在黑夜视物呢？

为了解决这一难题，今年5月，中国科学技术大学与复旦大学联合多家国内外科研机构，共同研制出一款可感知红外光的隐形眼镜，它可以将肉眼不可见的红外光转化为肉眼可见的光波。那么，这项研究成果是如何突破人类视觉极限的？未来它又会运用到哪些领域？除此之外，人类还从动物那里“借”来了哪些感知能力？我们一同来探寻答案！

人类佩戴隐形眼镜

PART 01

“看得见”的奥秘

人类的眼睛本身并不会发光，我们能看到物体，是因为物体发出的光或者反射的光经过眼角膜折射，进入了我们的眼睛。光线会在眼角膜的“指引”下到达眼球有色部位的虹膜，并经过虹膜正中心的瞳孔，最终抵达晶状体。当我们从暗处来到亮处时，瞳孔会收缩，阻止更多的光线进入眼睛；而当我们从亮处来到暗处时，瞳孔会扩张，让更多的光线进入眼睛，始终保证有一定数量的光线抵达晶状体。

虹膜

其实，这正是对晶状体的一种保护：晶状体由蛋白质构成，遇上强光会逐渐变得浑浊不清，无法聚焦物体，导致视线模糊，也就是大家常说的“晃眼”；而光线太弱又会让晶状体难以聚焦，使我们看不清物体的轮廓。因此，瞳孔传递过来的光线既不能多，也不能少。

经过晶状体聚焦后的光线，会投射到布满视神经细胞的视网膜上。视网膜上分布着两种感光细胞，位于中间的视锥细胞能够感知颜色，分散在四周的视杆细胞则可以感知光线强弱。它们共同将接收到的光刺激转变为电信号，最终传递到大脑皮层的视觉中枢，我们才能“看得见”。

但是，并不是每个人都拥有正常的视力呀！那些近视、远视的人，是哪里和别人不一样呢？原来，近视者的眼球较长，进入眼球的光线会聚焦在视网膜的前面；而远视者的眼球较短，进入眼球的光线会聚焦在视网膜的后面。这两种情况都无法在视网膜上形成清晰的焦点，因此需要佩戴眼镜来矫正视力。

PART 02

从祖母绿到树脂

早在公元37—68年，罗马皇帝尼禄就透过透明的祖母绿观看角斗表演。人类得以初窥眼镜的奥秘。1508年，达·芬奇偶然将头埋入盛水的半球形玻璃缸中，发现缸外的世界变得无比清晰，便大胆地萌生了“把镜片直接戴在眼球上”的想法。这看似天方夜谭的想象，竟然在379年后被德国科学家阿道夫·菲克实现了。他用玻璃吹制出可覆盖在眼球上的薄片，这便是世界上第一副隐形眼镜。可惜，这款玻璃隐形眼镜无法透气，人们戴上30分钟就会产生剧烈的疼痛，还极易引发角膜炎等疾病。

随后，人们用透明的高纯度塑料制造出了硬性隐形眼镜，用吸水后变软的树脂材料制造出了软性隐形眼镜，还制造出了具有扩瞳和变色功能的时尚“美瞳”。而此次研发的可感知红外光的隐形眼镜，正是从美瞳技术中得到了灵感。

早在2019年，该团队就将一种能够把红外光转换为可见光的纳米材料注入小鼠的视网膜中，成功让哺乳动物获得了感知红外光的视觉能力。要知道，人类肉眼只能看到400~700 纳米波长的可见光，无法察觉波长在800~1600纳米的红外光。

但通过手术突破人类视觉极限的代价未免太大，有没有一种更便捷的方法呢？于是，研究团队利用稀土发光材料遇到红外光会发出特定荧光色的特性，创造性地将含有稀土元素的纳米颗粒与隐形眼镜相结合，从而实现了对红外光的识别。更值得一提的是，因为红外光不易被皮肤和血液吸收，比可见光更容易穿透眼睑，所以佩戴者即使闭上眼睛，也能“看见”清晰的红外图像。

红外隐形眼镜真正开启了人类新“视”界的大门：军事夜间侦察、灾害救援、低能见度作业等场景可摆脱笨重的红外夜视仪；色盲、弱视群体可借此增强自身的视觉能力；结合智能穿戴与虚拟现实技术，还能为佩戴者提供全方位的感官体验。

男子戴着通用夜视镜

健康用眼小贴士

1. 多看绿色植物；

2. 避免长时间近距离用眼，遵循“20—20—20”护眼法则：每近距离用眼20分钟，向20英尺（约6米外）远眺至少20秒；

3. 保持用眼环境明亮，避免在昏暗光线下用眼；

4. 避免阳光直射眼睛，过量的紫外线会损害视力；

5. 定期进行眼科检查；

6. 不要揉眼睛，以免带入细菌，引发感染；

7. 均衡饮食，多食用富含 β- 胡萝卜素的食物（如胡萝卜和番茄等），β- 胡萝卜素会在人体内转化为对眼睛非常重要的维生素A。

PART 03

向动物“借”点子

浑浊水域中游弋的鲑鱼、复杂环境中生存的牛蛙、远距离追踪猎物的响尾蛇，它们在长期的演化过程中不断强化自己的感官，已经能够直接探测到红外光。而其他更多的动物拥有着不同的感知能力，人类又从中获得了哪些灵感呢？

海豚的回声定位原理，启发人们发明了声呐（声音导航与测距系统）；高空中的秃鹰能看见地面上小点般的猎物，促成了卫星成像技术的诞生；模拟水母身上布满的神经感受器，人们制造出了风暴预测仪；电鳐自带的蜂窝发电器中的胶状物，则推动人们研究出了能够储电的电池。

海豚的回声定位原理

人类虽然不像很多动物那样拥有天然的超强感官，但是有着比其他所有生物都要聪明的大脑和庞大的知识传播体系。只要我们保持旺盛的好奇心，好好学习、留心观察，未来一定能创造出更多超越自然能力的先进科技。我们拭目以待吧！

来源：《科学大众》杂志、科普中国