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发布日期：2024-08-08 作者：开云
2024年4月，南京年夜学现代工程与利用科学学院徐飞传授、陆延青传授，南京航空航天年夜学陈烨研究员团队同江苏省人平易近病院袁松涛主任团队提出了一种具有眼动追踪功能的隐形眼镜。基在频率编码策略，该隐形眼镜具有没有线无源、轻量无感、柔嫩平安的特点，可以或许实现高精度的眼动追踪和眼动号令辨认，有望在人机交互、眼脑医学诊疗、眼-脑科学研究、心理学研究等范畴睁开利用。相干功效在近日颁发在国际学术期刊《天然 通信》。
射频器件植入隐形眼镜 闭眼也能捕获眼动旌旗灯号
5月13日，在南京年夜学现代工学院光电智能感知尝试室，论文第一作者、南京年夜学2020级博士生朱衡天展现了这款眼动追踪隐形眼镜。
图1：论文第一作者，南京年夜学2020级博士生朱衡天进行尝试操作
透明医疗级硅橡胶材质的厚度在100微米摆布，周围平均散布着4个金色圆圈，也就是射频器件，这是捕获眼动旌旗灯号的要害。
“我们在隐形眼镜中植入了四个射频器件，封装在在隐形眼镜的周围。当外部负责通信的无线射频装配向隐形眼镜发出射频旌旗灯号时，假如眼球移动了，反射回无线射频装配的射频旌旗灯号的频率和强度就会产生转变。经由过程阐发旌旗灯号的数据，我们就可以知道眼动的轨迹。”论文通信作者、南京年夜学徐飞传授介绍。
传统的眼动追踪装配多采取红外装备或图象收集装备来追踪眼动信息，这类手艺易遭到眼睑、睫毛遮挡的干扰和瞳孔、虹膜等个别差别的影响，没法跟踪睡眠状况下人眼的活动轨迹。徐飞传授与合作者斗胆立异，采取轻量简约的眼动追踪设计，将射频器件集成在隐形眼镜里，操纵无线射频装配与隐形眼镜的旌旗灯号传输，实现了闭着眼睛的状况下，也能捕获到眼动旌旗灯号。
图2：具有眼动追踪功能的隐形眼镜
为什么要在隐形眼镜上实现眼动追踪功能？
“眼动追踪手艺是进行人机交互的要害手艺，好比我们经常使用手柄来节制无人机（车）和机械人等，但手柄的响应速度和切确度是比不外眼睛的。要想‘指哪打哪’，终究要实现对眼球活动轨迹的高精度提取，然后和开云体育app时反馈。”
徐飞介绍，这款隐形眼镜有多种利用场景，“四肢举动不便利的人，可以解放双手，用它节制外部装备。别的，在进行AR、VR体验时，按照及时眼动角度利用视网膜衬着手艺，削减用户眩晕感，节流图形衬着计较资本。从医学角度讲，经由过程监测微眼颤、睡眠快速眼动期、斜视，可以进行眼脑医学诊疗、展开心理学研究等。”
制备的器件比头发丝还薄 与隐形眼镜合二为一
若何让器件顺应隐形眼镜的布局是团队碰到的一浩劫题。“隐形眼镜是一个球状的三维曲面，它很是薄，而我们经常使用的器件是平面硅基器件，质地坚固还必然厚度，二者是完全不匹配的。”朱衡天介绍，他们颠末注意阐发和屡次实验，终究拔取了铜和聚酰亚胺，经由过程微纳加工制备工艺，建造出只有约10微米厚度的射频器件，相当在头发丝的十分之一。与传统器件比拟，这款器件轻浮柔嫩，可以很好地顺应隐形眼镜的情况。
解决了器件的材质问题，接下来就是若何将器件集成到隐形眼镜上。水凝胶是隐形眼镜的经常使用材料，具有较好的透氧性和水合性，但它也具有溶胀性，遇水胀年夜变形，隐形眼镜外形随之改变，这类特征给器件集成增添了难度。
课题构成员都是光电研究布景，而水凝胶的溶胀行动更方向在高份子范畴的研究。为解决水凝胶的溶胀问题，朱衡天积极就教高份子学科的专家，“在研制水凝胶配方时，我们插手了必然比例的溶剂。在隐形眼镜制备完成后，用水去替代隐形眼镜中的溶剂，如许‘一进一出’，隐形眼镜的外形不会产生年夜的转变，可以和器件完善地合二为一。”朱衡天介绍。
图3：丰硕多样的眼机交互利用
已完成刺激尝试 有用性和平安性获得验证
隐形眼镜直接笼盖在角膜概况，与眼组织慎密接触，具有较高风险，在我国作为第三类医疗器械治理，是以质量与平安成为研究的重中之重。
今朝，团队与江苏省人平易近病院眼科的大夫团队已完成了眼动追踪隐形眼镜在靠得住性、不变性和适用性方面的检测，经由过程72小时细胞毒性测试和长达一周的持久活体兔眼刺激测试，对其平安性和生物相容性进行了验证。
兔子眼睛和人眼角膜的曲率很接近，他们以兔子做实验，为一只兔子戴上了隐形眼镜，又在它面前放了一个机械车。当兔子眼睛动弹时，隐形眼镜捕获到旌旗灯号，经由过程蓝牙模块，将旌旗灯号传递到小车上，小车也随着兔子的眼睛前后摆布移动。朱衡天介绍，团队用了两种模式，检测隐形眼镜是不是平安无害，“一种是让兔子持续24小时佩带眼镜，另外一种模式是摹拟人类佩带隐形眼镜的习惯，天天佩带8小时，持续佩带7天，成果显示，兔子的眼角膜没有物理毁伤，与市场上的隐形眼镜无较着差别。”
图4：眼部生物相容性测试
“我们也在不竭优化改良，提高采样频率，让时延下降，交互更同步。”朱衡天暗示，这款隐形眼镜在正式投入市场前，仍需进行年夜范围的临床尝试和严酷的伦理审核，“从人工智能手艺成长的久远角度来看，我们可以斗胆畅想，将隐形眼镜打造成一个集成化的VR系统，实现从传统的头戴式装备到唯一百微米厚度的隐形装备的逾越。”
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47851-y
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