Ученые из Нанкина, Китай, разработали линзы для интеллектуального контента, отслеживающие взгляд, на основе радиочастотных меток, которые можно использовать в различных приложениях, включая здравоохранение и дополненную реальность (AR). Линзы биосовместимы и незаметны, не требуют батарей или обычных кремниевых чипов.
Умные контактные линзы, которые могут отслеживать различные факторы здоровья и использоваться для взаимодействия человека и машины (HMI), являются относительно новой технологией. Они основаны на отслеживании движений глаз с использованием таких методов, как отражение роговицы в центре зрачка и электроокулография (ЭОГ).
Хотя эти методы показали некоторый успех, им не хватает точности и они подвержены помехам. Кроме того, было доказано, что ЭОГ, в котором для сбора данных используются кожные электроды, представляет опасность для кожи.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, направлено на преодоление проблем, связанных с традиционными методами отслеживания взгляда .
Один из соавторов исследования, профессор Фей Сюй из Колледжа инженерных и прикладных наук Нанкинского университета, рассказал Tech Xplore о работе. Говоря о том, что вдохновило его на разработку умных контактных линз, он рассказал о том, как научная фантастика может стимулировать воображение и творчество ученых.
«Миссия невыполнима 4» предложила интеллектуальную контактную линзу с функцией распознавания лиц. Если маленькие контактные линзы смогут обеспечить бесшовное сочетание виртуального и реального миров, это будет окончательная форма технологии AR. Технология взаимодействия человека и компьютера, основанная на отслеживание взгляда является одним из наиболее важных компонентов», — сказал он.
Человеко-машинное взаимодействие
Взаимодействие людей и машин — это следующий шаг или вызов в мире технологий, и HMI лежит в основе этого. HMI — это исследование того, как взаимодействуют люди и машины и как сделать это общение более плавным и эффективным.
Он потенциально может повлиять на несколько областей, включая игры, здравоохранение , дополненную реальность и робототехнику. Отслеживание взгляда с помощью интеллектуальных контактных линз — один из способов упрощения HMI.
Это может помочь отслеживать различные параметры здоровья, упростить общение с роботами и обеспечить более захватывающий опыт AR. Однако, как упоминалось ранее, современные методы отслеживания глаз имеют проблемы, что потребовало от ученых применения нового подхода.
Исследователи предлагают подход к частотному кодированию для решения этих проблем.
Частотное кодирование
Метод частотного кодирования, используемый исследователями для умных контактных линз, включает кодирование информации о движениях глаз в радиочастотные или радиочастотные сигналы.
Радиочастотные сигналы генерируются радиочастотными метками, встроенными в контактную линзу. RF-метки, также известные как RFID-чипы, также используются в таких вещах, как кредитные карты. Они полностью беспроводные и для работы не требуют источника питания, что делает их идеальными для отслеживания движений глаз с использованием контактных линз.
Каждая метка излучает уникальный частотный сигнал, соответствующий различным движениям или положениям глаз. По мере движения глаза относительное положение радиочастотных меток меняется, что приводит к изменению частоты излучаемого сигнала.
Обнаруживая и анализируя эти изменения частоты, система (или машина) может определить направление и степень движений глаз в режиме реального времени.
Эта стратегия частотного кодирования позволяет точно и точно отслеживать движения глаз без необходимости использования обычных кремниевых чипов или батарей, что делает интеллектуальные контактные линзы более компактными, легкими и биосовместимыми.
Кроме того, это очень безопасно.
Профессор Сюй пояснил: «Внедрение этой технологии исключает возможность утечки радужной оболочки и другой биометрической информации. Информация о человеческом глазе содержит механизм внимания человеческого мозга, а намерения человека можно анализировать путем отслеживания движения глаз. Авторизация пользователя осуществляется необходимо использовать информацию отслеживания взгляда».
Изготовление и тестирование умных контактных линз
Исследователи использовали четыре радиочастотные метки и встроили их в силиконовый эластомер. Из силикона изготавливаются обычные контактные линзы, что делает эти умные контактные линзы биосовместимыми. Эта установка была протестирована на минимизацию токсичности для роговицы, которая могла привести к воспалению роговицы.
Рядом находился портативный считыватель частоты для записи и анализа сигналов радиочастотных меток (он служит машинной частью HMI).
Исследователи продемонстрировали, что их умные контактные линзы могут определять направления взгляда и точки взгляда в режиме реального времени, что можно использовать для управления роботом и взаимодействия с программным обеспечением.
Далее они показали, что линзы очень стабильны и их можно носить до 12 часов в различных условиях окружающей среды. Они также показали, что линзы могут обнаруживать закрытие глаз.
Одним из ключевых аспектов этих интеллектуальных контактных линз является их высокая угловая точность, которая позволяет распознавать команды глаз для более широкого применения HMI.
«Наши контактные линзы с функцией отслеживания движений глаз обладают высокой точностью: точность угла движения глаз составляет менее 0,5 градуса, что даже меньше, чем угол обзора , обеспечиваемый ямкой. Ямка — это самая плотная область колбочек в сетчатке, обеспечивающая изображение высокой четкости. изображений и на чем сосредоточено внимание», — сказал профессор Сюй.
Они также показали, как глазные команды могут управлять такими играми, как Gluttonous Snake, и использоваться для просмотра веб-страниц. Кроме того, они провели эксперименты in vivo на кроликах, чтобы проверить функциональность и безопасность линз.
Умная контактная линза очень похожа на имеющиеся в продаже контактные линзы. Было доказано, что она увлажнена, безопасна и биосовместима с глазами.
«Отслеживание взгляда на месте может быть достигнуто с помощью контактных линз, которые маленькие и легкие, их нелегко обнаружить, они совместимы с модой и не влияют на межличностное социальное взаимодействие», — добавил профессор Сюй.
Возможные применения
С момента запуска Apple Vision Pro он побудил исследователей и общественность изучить потенциальные возможности взаимодействия компьютера и человека с помощью глаз.
«Контактные линзы — это высшая форма дополненной реальности. Бесшовная интеграция виртуального и реального мира посредством контактных линз была изображена во многих научно-фантастических произведениях».
«С развитием оптоэлектронных технологий и улучшением гибкой интеграции оптоэлектронных устройств контактные линзы будут реализовывать все больше и больше функций во взаимодействии человека с компьютером и в медицинском здравоохранении», — заключил профессор Сюй.
Это не только будет способствовать технологическим инновациям, но и окажет положительное влияние на качество жизни людей.