小型化、輕量化和無感化是VR、AR設備的重要發展趨勢之一。隱形眼鏡貼合于人眼，可隨眼球轉動而動。如果將眼動追蹤技術應用于隱形眼鏡，又將帶來怎樣的新體驗？
近日，南京大學與江蘇省人民醫院、南京航空航天大學的研究團隊研發出一種具有眼動追蹤功能的隱形眼鏡。該眼鏡無電源、輕量無感，可以和配備的無線射頻裝置“里應外合”，高精度追蹤眼球運動軌跡、識別眼動命令。相關成果發表于國際學術期刊《自然·通訊》。
將射頻器件嵌入隱形眼鏡
“作為一種成熟的技術，隱形眼鏡已經在全球范圍內被廣泛用于視力矯正。那么，能不能讓它成為創造交互式體驗的工具？如果想讓隱形眼鏡實現AR、VR等功能，眼動追蹤是需要突破的關鍵技術。”日前，在接受科技日報記者采訪時，論文共同通訊作者、南京大學教授徐飛講述了這項研究的緣起。
徐飛說，目前市面上許多眼動追蹤技術，需要將紅外光投射到眼球上，然后用攝像頭拍攝并識別眼球特征，進而推算眼球移動的位置軌跡。“但這種技術易受到眼瞼、睫毛遮擋的干擾以及瞳孔、虹膜個體差異的影響。因此，這種技術在一些特定場景無法使用，例如無法分析人在睡眠時的眼動規律。”徐飛說。
在研究中，團隊采取了一種新的技術路徑，實現了“即使閉著眼睛，也能捕捉眼動信號”。
徐飛解釋說：“我們在隱形眼鏡中植入了4個無線射頻器件。當外部無線射頻裝置向隱形眼鏡發出射頻信號時，如果眼球移動，反射回的射頻信號頻率和強度就會發生變化。通過分析信號數據，我們就能知道眼動軌跡。”
這些射頻器件，可謂隱形眼鏡的“秘密武器”。其加工設計并非易事。“隱形眼鏡要與眼球貼合，因此要求無毒、輕薄、透氣性好，還要有一定的曲率。這對器件的材質和加工工藝提出很高要求。”徐飛介紹，他們采用微納加工制備工藝，做出了只有約10微米厚度的射頻器件，并將其封裝在醫療級硅橡膠材質內。同時，這款隱形眼鏡具有和人眼角膜相匹配的曲率，表面進行了親水化改性。這些都使得隱形眼鏡水潤透氧、舒適無感。
可實現眼機交互應用
無線射頻裝置接收的數據，與實際的眼動軌跡是否吻合？隱形眼鏡是否能通過眼球的運動“指哪打哪”？這是研究團隊的攻關目標。
由于兔子眼睛和人眼角膜的曲率很接近，團隊選取兔子作為人類的“替身”，驗證技術路線的有效性和安全性。
南京大學2020級博士生朱衡天告訴記者：“在試驗中，我們為一只兔子戴上了隱形眼鏡，又在它眼前放了一輛機器小車。當兔子眼睛轉動時，隱形眼鏡捕捉到信號，通過藍牙模塊將信號傳遞給小車。于是，小車也隨著兔子眼睛的轉動而移動。”
當兔子睡覺時，團隊也收集到了兔子的眼動信號。“我們觀察到兔子眼睛在眼皮下轉動，但兔子閉眼時眼球轉動的實際軌跡與分析得出的軌跡信號是否吻合，還需要進一步驗證。”朱衡天說。
隱形眼鏡直接覆蓋于角膜表面，與眼組織緊密接觸，其質量與安全是研究的重中之重。
朱衡天介紹，團隊應用了兩種模式，檢測隱形眼鏡是否“友好”：一種模式是讓兔子連續24小時佩戴眼鏡；另一種模式是模擬人類佩戴隱形眼鏡的習慣，每天佩戴8小時，連續佩戴7天。“結果顯示，兔子的眼角膜沒有物理損傷，與目前商用隱形眼鏡對眼角膜的影響無明顯差異。”
用活體兔子做試驗的同時，團隊搭建了眼動模型，測試眼機交互應用的效果。朱衡天介紹，在眼動文字輸入、繪畫、游戲操控、網頁交互、攝像頭操控中，該款隱形眼鏡均實現了預期功能。
“經過各項調試后，該款隱形眼鏡的眼動角精度優于0.5度，滿足眼動追蹤的精度要求。”徐飛說，該隱形眼鏡有望在人機交互、眼腦醫學診療、眼—腦科學研究、心理學研究等領域展開應用。“例如一些特定場景的危險作業需要拍照，目前主要借助機器人或者攝像頭在現場拍攝，如果可以用人眼靈活、精準地控制機器人，將會提高拍攝的實時性和精度。”
不過，徐飛坦言，該款隱形眼鏡若想進入商用階段，還需經過臨床試驗，同時還需降低無線射頻裝置的功耗，以及進行輕量化、小型化、長續航、低成本設計。
“我們也在不斷優化改進，提高采樣頻率，讓信號時延降低，交互更同步。”朱衡天表示，這款隱形眼鏡在正式投入市場前，仍需進行嚴格的倫理審核。
朱衡天認為：“從人工智能技術發展的長遠角度來看，我們可以大膽暢想，將隱形眼鏡打造成一個集成化的VR系統，以實現從傳統的頭戴式設備到僅有百微米厚度隱形設備的跨越。”
小型化、輕量化和無感化是VR、AR設備的重要發展趨勢之一。隱形眼鏡貼合于人眼，可隨眼球轉動而動。如果將眼動追蹤技術應用于隱形眼鏡，又將帶來怎樣的新體驗？
近日，南京大學與江蘇省人民醫院、南京航空航天大學的研究團隊研發出一種具有眼動追蹤功能的隱形眼鏡。該眼鏡無電源、輕量無感，可以和配備的無線射頻裝置“里應外合”，高精度追蹤眼球運動軌跡、識別眼動命令。相關成果發表于國際學術期刊《自然·通訊》。
將射頻器件嵌入隱形眼鏡
“作為一種成熟的技術，隱形眼鏡已經在全球范圍內被廣泛用于視力矯正。那么，能不能讓它成為創造交互式體驗的工具？如果想讓隱形眼鏡實現AR、VR等功能，眼動追蹤是需要突破的關鍵技術。”日前，在接受科技日報記者采訪時，論文共同通訊作者、南京大學教授徐飛講述了這項研究的緣起。
徐飛說，目前市面上許多眼動追蹤技術，需要將紅外光投射到眼球上，然后用攝像頭拍攝并識別眼球特征，進而推算眼球移動的位置軌跡。“但這種技術易受到眼瞼、睫毛遮擋的干擾以及瞳孔、虹膜個體差異的影響。因此，這種技術在一些特定場景無法使用，例如無法分析人在睡眠時的眼動規律。”徐飛說。
在研究中，團隊采取了一種新的技術路徑，實現了“即使閉著眼睛，也能捕捉眼動信號”。
徐飛解釋說：“我們在隱形眼鏡中植入了4個無線射頻器件。當外部無線射頻裝置向隱形眼鏡發出射頻信號時，如果眼球移動，反射回的射頻信號頻率和強度就會發生變化。通過分析信號數據，我們就能知道眼動軌跡。”
這些射頻器件，可謂隱形眼鏡的“秘密武器”。其加工設計并非易事。“隱形眼鏡要與眼球貼合，因此要求無毒、輕薄、透氣性好，還要有一定的曲率。這對器件的材質和加工工藝提出很高要求。”徐飛介紹，他們采用微納加工制備工藝，做出了只有約10微米厚度的射頻器件，并將其封裝在醫療級硅橡膠材質內。同時，這款隱形眼鏡具有和人眼角膜相匹配的曲率，表面進行了親水化改性。這些都使得隱形眼鏡水潤透氧、舒適無感。
可實現眼機交互應用
無線射頻裝置接收的數據，與實際的眼動軌跡是否吻合？隱形眼鏡是否能通過眼球的運動“指哪打哪”？這是研究團隊的攻關目標。
由于兔子眼睛和人眼角膜的曲率很接近，團隊選取兔子作為人類的“替身”，驗證技術路線的有效性和安全性。
南京大學2020級博士生朱衡天告訴記者：“在試驗中，我們為一只兔子戴上了隱形眼鏡，又在它眼前放了一輛機器小車。當兔子眼睛轉動時，隱形眼鏡捕捉到信號，通過藍牙模塊將信號傳遞給小車。于是，小車也隨著兔子眼睛的轉動而移動。”
當兔子睡覺時，團隊也收集到了兔子的眼動信號。“我們觀察到兔子眼睛在眼皮下轉動，但兔子閉眼時眼球轉動的實際軌跡與分析得出的軌跡信號是否吻合，還需要進一步驗證。”朱衡天說。
隱形眼鏡直接覆蓋于角膜表面，與眼組織緊密接觸，其質量與安全是研究的重中之重。
朱衡天介紹，團隊應用了兩種模式，檢測隱形眼鏡是否“友好”：一種模式是讓兔子連續24小時佩戴眼鏡；另一種模式是模擬人類佩戴隱形眼鏡的習慣，每天佩戴8小時，連續佩戴7天。“結果顯示，兔子的眼角膜沒有物理損傷，與目前商用隱形眼鏡對眼角膜的影響無明顯差異。”
用活體兔子做試驗的同時，團隊搭建了眼動模型，測試眼機交互應用的效果。朱衡天介紹，在眼動文字輸入、繪畫、游戲操控、網頁交互、攝像頭操控中，該款隱形眼鏡均實現了預期功能。
“經過各項調試后，該款隱形眼鏡的眼動角精度優于0.5度，滿足眼動追蹤的精度要求。”徐飛說，該隱形眼鏡有望在人機交互、眼腦醫學診療、眼—腦科學研究、心理學研究等領域展開應用。“例如一些特定場景的危險作業需要拍照，目前主要借助機器人或者攝像頭在現場拍攝，如果可以用人眼靈活、精準地控制機器人，將會提高拍攝的實時性和精度。”
不過，徐飛坦言，該款隱形眼鏡若想進入商用階段，還需經過臨床試驗，同時還需降低無線射頻裝置的功耗，以及進行輕量化、小型化、長續航、低成本設計。
“我們也在不斷優化改進，提高采樣頻率，讓信號時延降低，交互更同步。”朱衡天表示，這款隱形眼鏡在正式投入市場前，仍需進行嚴格的倫理審核。
朱衡天認為：“從人工智能技術發展的長遠角度來看，我們可以大膽暢想，將隱形眼鏡打造成一個集成化的VR系統，以實現從傳統的頭戴式設備到僅有百微米厚度隱形設備的跨越。”
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