在漫長的黑夜里，古人會點燃篝火驅(qū)趕猛獸，也會點起燭火讀書寫字。如今的我們則會點亮電燈，繼續(xù)工作、學(xué)習(xí)與娛樂。人類始終依靠照明來解決夜間視覺受限的問題。然而，森林中的許多野獸卻能夠在夜晚自如活動，例如擅長夜晚捕獵的花豹和偏好夜間覓食的馬來熊。那么，你是否想過，為什么人類無法在黑夜視物呢？

為了解決這一難題，今年5月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)與復(fù)旦大學(xué)聯(lián)合多家國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)，共同研制出一款可感知紅外光的隱形眼鏡，它可以將肉眼不可見的紅外光轉(zhuǎn)化為肉眼可見的光波。那么，這項研究成果是如何突破人類視覺極限的？未來它又會運用到哪些領(lǐng)域？除此之外，人類還從動物那里“借”來了哪些感知能力？我們一同來探尋答案！

人類佩戴隱形眼鏡

“看得見”的奧秘

人類的眼睛本身并不會發(fā)光，我們能看到物體，是因為物體發(fā)出的光或者反射的光經(jīng)過眼角膜折射，進(jìn)入了我們的眼睛。光線會在眼角膜的“指引”下到達(dá)眼球有色部位的虹膜，并經(jīng)過虹膜正中心的瞳孔，最終抵達(dá)晶狀體。當(dāng)我們從暗處來到亮處時，瞳孔會收縮，阻止更多的光線進(jìn)入眼睛；而當(dāng)我們從亮處來到暗處時，瞳孔會擴(kuò)張，讓更多的光線進(jìn)入眼睛，始終保證有一定數(shù)量的光線抵達(dá)晶狀體。

虹膜

其實，這正是對晶狀體的一種保護(hù)：晶狀體由蛋白質(zhì)構(gòu)成，遇上強光會逐漸變得渾濁不清，無法聚焦物體，導(dǎo)致視線模糊，也就是大家常說的“晃眼”；而光線太弱又會讓晶狀體難以聚焦，使我們看不清物體的輪廓。因此，瞳孔傳遞過來的光線既不能多，也不能少。

經(jīng)過晶狀體聚焦后的光線，會投射到布滿視神經(jīng)細(xì)胞的視網(wǎng)膜上。視網(wǎng)膜上分布著兩種感光細(xì)胞，位于中間的視錐細(xì)胞能夠感知顏色，分散在四周的視桿細(xì)胞則可以感知光線強弱。它們共同將接收到的光刺激轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，最終傳遞到大腦皮層的視覺中樞，我們才能“看得見”。

但是，并不是每個人都擁有正常的視力呀！那些近視、遠(yuǎn)視的人，是哪里和別人不一樣呢？原來，近視者的眼球較長，進(jìn)入眼球的光線會聚焦在視網(wǎng)膜的前面；而遠(yuǎn)視者的眼球較短，進(jìn)入眼球的光線會聚焦在視網(wǎng)膜的后面。這兩種情況都無法在視網(wǎng)膜上形成清晰的焦點，因此需要佩戴眼鏡來矯正視力。

從祖母綠到樹脂

早在公元37—68年，羅馬皇帝尼祿就透過透明的祖母綠觀看角斗表演。人類得以初窺眼鏡的奧秘。1508年，達(dá)·芬奇偶然將頭埋入盛水的半球形玻璃缸中，發(fā)現(xiàn)缸外的世界變得無比清晰，便大膽地萌生了“把鏡片直接戴在眼球上”的想法。這看似天方夜譚的想象，竟然在379年后被德國科學(xué)家阿道夫·菲克實現(xiàn)了。他用玻璃吹制出可覆蓋在眼球上的薄片，這便是世界上第一副隱形眼鏡?？上В@款玻璃隱形眼鏡無法透氣，人們戴上30分鐘就會產(chǎn)生劇烈的疼痛，還極易引發(fā)角膜炎等疾病。

隨后，人們用透明的高純度塑料制造出了硬性隱形眼鏡，用吸水后變軟的樹脂材料制造出了軟性隱形眼鏡，還制造出了具有擴(kuò)瞳和變色功能的時尚“美瞳”。而此次研發(fā)的可感知紅外光的隱形眼鏡，正是從美瞳技術(shù)中得到了靈感。

早在2019年，該團(tuán)隊就將一種能夠把紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的納米材料注入小鼠的視網(wǎng)膜中，成功讓哺乳動物獲得了感知紅外光的視覺能力。要知道，人類肉眼只能看到400~700 納米波長的可見光，無法察覺波長在800~1600納米的紅外光。

但通過手術(shù)突破人類視覺極限的代價未免太大，有沒有一種更便捷的方法呢？于是，研究團(tuán)隊利用稀土發(fā)光材料遇到紅外光會發(fā)出特定熒光色的特性，創(chuàng)造性地將含有稀土元素的納米顆粒與隱形眼鏡相結(jié)合，從而實現(xiàn)了對紅外光的識別。更值得一提的是，因為紅外光不易被皮膚和血液吸收，比可見光更容易穿透眼瞼，所以佩戴者即使閉上眼睛，也能“看見”清晰的紅外圖像。

紅外隱形眼鏡真正開啟了人類新“視”界的大門：軍事夜間偵察、災(zāi)害救援、低能見度作業(yè)等場景可擺脫笨重的紅外夜視儀；色盲、弱視群體可借此增強自身的視覺能力；結(jié)合智能穿戴與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，還能為佩戴者提供全方位的感官體驗。

男子戴著通用夜視鏡

健康用眼小貼士

1. 多看綠色植物；

2. 避免長時間近距離用眼，遵循“20—20—20”護(hù)眼法則：每近距離用眼20分鐘，向20英尺（約6米外）遠(yuǎn)眺至少20秒；

3. 保持用眼環(huán)境明亮，避免在昏暗光線下用眼；

4. 避免陽光直射眼睛，過量的紫外線會損害視力；

5. 定期進(jìn)行眼科檢查；

6. 不要揉眼睛，以免帶入細(xì)菌，引發(fā)感染；

7. 均衡飲食，多食用富含 β- 胡蘿卜素的食物（如胡蘿卜和番茄等），β- 胡蘿卜素會在人體內(nèi)轉(zhuǎn)化為對眼睛非常重要的維生素A。

向動物“借”點子

渾濁水域中游弋的鮭魚、復(fù)雜環(huán)境中生存的牛蛙、遠(yuǎn)距離追蹤獵物的響尾蛇，它們在長期的演化過程中不斷強化自己的感官，已經(jīng)能夠直接探測到紅外光。而其他更多的動物擁有著不同的感知能力，人類又從中獲得了哪些靈感呢？

海豚的回聲定位原理，啟發(fā)人們發(fā)明了聲吶（聲音導(dǎo)航與測距系統(tǒng)）；高空中的禿鷹能看見地面上小點般的獵物，促成了衛(wèi)星成像技術(shù)的誕生；模擬水母身上布滿的神經(jīng)感受器，人們制造出了風(fēng)暴預(yù)測儀；電鰩自帶的蜂窩發(fā)電器中的膠狀物，則推動人們研究出了能夠儲電的電池。

海豚的回聲定位原理

人類雖然不像很多動物那樣擁有天然的超強感官，但是有著比其他所有生物都要聰明的大腦和龐大的知識傳播體系。只要我們保持旺盛的好奇心，好好學(xué)習(xí)、留心觀察，未來一定能創(chuàng)造出更多超越自然能力的先進(jìn)科技。我們拭目以待吧！

文章來源：《科學(xué)大眾》雜志   責(zé)任編輯：汪金寧