電子隱形眼鏡

電子隱形眼鏡

電子隱形眼鏡是華盛頓大學的科學家,眼部醫師和教授們就正在研發一款擁有“視野輔助功能”的隱形眼鏡。

簡介

科學家們將控制電路,通信電路,微型天線置入隱形眼鏡中。再將這些電子零件與LED發光二極體融合在一起,通過無線電波的驅動,可以向佩戴者展示文字,圖片和表格類的信息。與此同時,內置進的微型電路和LED必須是半透明的,這樣就不會影響到佩帶者的正常視野。科學家們認為,這款電子隱形眼鏡的完善版本將可在視野中疊加一個數據層,為佩帶者所看到的人和物體提供字幕說明,並實時監測如體溫和葡萄糖水平等人體重要健康指標。

關於為什麼要選擇隱形眼鏡來作為監測人體健康標準的工具。華盛頓大學納米生物技術教授Babak Parvis解釋說,那是因為眼睛是健康的視窗。眼球表面可反映出人體膽固醇,鉀,鈉和葡萄糖水平等眾多健康信息,如同血液測試一樣全面準確。

另一個原因在於,目前電子產品正朝著便於攜帶,功能強大且擁有健康監測功能的趨勢發展。如手機顯微鏡可診斷瘴氣,而iphone app也有為糖尿病患者監測體內葡萄糖水平的程式。

視野輔助

眼鏡無疑是人類輸入感知信息的一大樞紐。人眼可分辨數百萬種顏色,調節適應不同光線,並快速向大腦傳輸信息。然而,人類對高品質生活的追求是永不懈怠的。在電影《終結者》中,施瓦辛格能在其視野中疊加一個數據層,增強他對眼睛所掃描範圍的感知能力。在科幻小說作家弗諾文奇的作品中,他筆下的角色多依賴於電子隱形眼鏡無縫的接入網路獲取信息並展現在他們的眼睛前面。

雖然科幻離人們的生活非常遙遠,但這種對實體世界進行數碼潤色的技術早已在智慧型手機和智慧型玩具中得到運用。科技界將它稱之為“視野輔助功能”。隱形眼鏡視覺輔助功能無需太複雜就能很有用,比如很少的像素可以提供指示功能,小顯示屏可以顯示文字,實時翻譯。鏡片還可以從眼睛裡讀取生物信息,提供各種醫療信息,如監測糖尿病人的血糖水平。

進展

Babak Parvis及其同事從2004年就展開對多功能隱形眼鏡的研發。除了展開電子隱形眼鏡反映健康信息的研究,他們還致力於對“視野輔助功能”的拓展。Parviz說:“我們從一個簡單產品做起,一個裝有單光源的隱形鏡片。我們還打算開發更複雜的鏡片,把基於計算機的解析度彩圖疊加到用戶的真實視野中去。”上圖展示即電子隱形眼鏡數據層提供文字信息時的效果圖。

談到投入實際使用和生產,電子隱形眼鏡還有很長的路要走。首先即用戶安全問題。眼睛是極度敏感的部位,要保護眼睛不受化學物、電子零件熱度和有毒物的傷害,些許設計不周都會引起不適甚至眼疾。目前以兔子為實驗對象,發現20分鐘內電子隱形眼鏡不會對兔子眼睛產生任何不良影響。當然,若要使用在人體,科學家仍需更多的完善和實驗以獲得食品藥品管理局的首肯。

Blair MacIntyre是喬治亞電腦技術學院的副教授,作為增強環境實驗室主任,他指出,由於人眼活動頻繁,速度極快,無時無刻地在更新視野,接受新的圖像信息,因此目前的研究遠遠無法達到將電子隱形眼鏡作為信息接收裝置的水平。

Layar是一家總部位於阿姆斯特丹專攻視野輔助技術的公司。Layar的總裁Raimo van der Klein說,如果電子隱形眼鏡不能作為一個真正的信息平台,支持各種類型的數據傳輸,如映射信息,酒店回顧或更新twitter的話,那么它的前景則並不樂觀。

可是,科學家們卻持樂觀態度。正如當初人們認為iPhone SDK很難上手,但是由於許多開發者堅持不懈地貢獻自己的創意和發明,iPhone才取得了其在高科技產品中無可替代的地位。因此,看上去不起眼的隱形眼鏡將來一定會成為一個真正的平台,提高人們的生活質量。

超能

在複雜的手術中,主刀醫生目不轉睛,目光一刻都不想從手下的患者身上移開。假如戴上它,患者的一乾要害器官就能清晰無比地展示在醫生的視界中;假如司機佩戴,開車可就省心了,再也不必“眼觀六路”,因為兩旁路牌標示等等重要路況信息都可以通過隱形眼鏡,直接“看”到,就像顯示在前擋風玻璃上一樣方便可視;糖尿病患者可以把它用作血糖監測儀,當血糖水平開始下降時,隱形眼鏡一角處的發光二極體就能閃光。華盛頓大學的新聞公布則另有一番“暢想”:藉助這種仿生隱形眼鏡,司機和飛行員將可以從汽車或飛機的前玻璃上“看”到速度;電玩廠家也能從中獲益,假如遊戲玩家戴上這種仿生的隱形眼鏡,就可以完全沉浸在虛擬世界中,而且可以在行動中體驗虛擬境界,不受空間束縛。普通人戴了它,行走中也可以通過面前只有自己能見到的虛擬顯示屏上網。聽起來還是感覺像科幻小說的構思?但哈維成功研製的仿生隱形眼鏡原型已經完成。在今年年初舉行的美國電氣與電子工程師學會(IEEE)微電子機械系統國際會議上,哈維向與會業內專家展示了他的原型,立即引起了轟動。實際上,虛擬顯示本身並不是什麼新鮮事物。這之前,虛擬顯示已經在諸多方面大顯身手,比如給視力受損的人提供視覺幫助,全息的駕駛控制臺,利用虛擬顯示實現移動上網等。但哈維等人卻來了一次最炫酷的嘗試,把虛擬顯示植入到隱形眼鏡中。也就是說,假如以前的虛擬顯示是投射在擋風玻璃上,現在的隱形眼鏡,已經無需投射,可以直接“看”到。這時的人眼,能看到的已經不僅僅是眼前的一切,還包括發光二極體顯示的畫面。

帕爾維茲說,“這(原型)只是通向目標的一小步,但我相信,它極具套用潛力”。帕爾維茲甚至“吹噓”說,“人們盡可以大膽地去構想我們沒想到的其他套用,而我們的目標就是向人們展示(仿生隱形眼鏡的)基本技術,確保它能工作,而且安全”。

安全性

眾所周知,普通隱形眼鏡採用的是柔韌性極佳的有機材料,可以在人的眼部安全使用,不過,這些材料通常都非常纖弱。而要設計加工電路,所用到的都是無機材料,涉及到較高的溫度,而且還會用到某些有毒的化學物質。

為了實現電路和隱形眼鏡材料的兼容,畢業於美國華盛頓大學電子工程專業的哈維·何和他的合作者們,把目光投向了納米尺度。接下來要做的,就是把這些微小如粉狀的淺灰色電子元件“撒”到一片柔韌性的塑膠材料上。每一個微小元件都能根據各自不同的形狀,在微尺度下的毛細作用力牽引下,去到自己相應的位置上。這種納米尺度下的微加工技術被稱作“自組裝”。

最終成形的仿生隱形眼鏡原型,包括一個驅動電路,以及做顯示器件用的紅光發光二極體(LED)。由於目前還處於原型階段,著重眼鏡的耐戴性,因此目前的原型還不具備矯正視力的功能,但研發小組說,只要把他們的技術套用到矯正鏡片上,視力問題就解決了。

這樣的隱形眼鏡,人如果真的佩戴,安全嗎?哈維等人在實驗室中,先以兔子為對象,讓它佩戴仿生隱形眼鏡。結果發現,兔子戴了長達20分鐘之後,沒有出現任何不良反應,初步驗證了它的安全性。

哈維的導師、華盛頓大學電子工程學家巴巴克·帕爾維茲說,戴這種眼鏡,人們也不必擔心它會遮擋眼球,影響到正常的視物。“在眼睛的透明體(即晶體)外,有很大的一片區域,可以‘安放’(仿生隱形眼鏡的)部件”。而且設計成熟真正進入套用後,將來安裝或摘取這種仿生隱形眼鏡會和現在戴普通的隱形眼鏡一樣簡單,而且佩戴上之後,幾乎不會有異物感。

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