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科学家研发新型隐形眼镜,眨两次眼就能自动变焦

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文 / 周亦川 编 / 干玎竹
【搜狐健康】据Newsweek网站7月30日报道,近期《高级功能材料》介绍了一项黑科技:“软性隐形眼镜”,两次眨眼即可放大缩小,在不同距离的物体之间切换焦距。
美国加州大学圣地亚哥分校机械和航空航天工程Shengqiang Cai博士介绍,这种装置由软性聚合物层制成,当通电时,这些聚合物层会膨胀;相反当电流消除时,聚合物层收缩。因此,我们可利用眼睛运动产生的特殊电信号(眼电图)来控制运动和改变隐形眼镜的焦距。
目前,实验人员通过放置在受试者眼睛周围皮肤的五个电极检测眼电图信号,当受试者沿着不同方向移动眼球或眨眼时,就会产生不同的电位差,该软性隐形眼镜可通过电位差的变化控制软性透镜变形。这种变形可以改变穿过镜片的光线,调节佩戴者的视力。

                               
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据Cai介绍,人机界面协作交互是一直以来的研究热点,现已有脑电图、肌电图等多种电信号设备,可以实现操作轮椅和外骨骼的功能。这种人机界面将不仅能让残障人士重返功能,还能增强普通人的能力。
在以前的诸多研究中,人机界面是在人和传统的“硬”机器之间构建的,而近些年发明了越来越多的“软”机器,其强大的变形能力、优良的生物相容性和很高的缺陷容纳能力可以带来更多的操作可能性。比如软式机器人可以抓易碎的物品,比如生鸡蛋、新鲜水果,还有一些软式机器人可以使自己变形通过小孔。
这些对于传统硬式机器人十分困难。
本次研究设计的就是一款软性的透镜,与传统的玻璃透镜相比可以实现更优越的功能。Cai说,这种通过软活性材料单独控制软透镜位置和焦距的方式尚未有先例。在过去的研究中,软机械透镜需通过手动控制,或者是预先编写的程序控制,而本项工作则利用了新型的人机界面,通过自主眼部运动产生的电光学信号实现焦距的变化。
尽管设计取得了成功,Cai指出仍有许多问题需要解决。比如,现在使用的是贴在皮肤上的商用监测电极,这些电极不灵活也不可拉伸,而如果做成软性的可拉伸电极,在生物信号的捕获和处理方面效果更好。
其次,在目前的设备中,软性隐形眼镜还不能实现对镜头连续运动的控制。如果发生意外的运动,还需要人为干预的校正,不能实现自动,等等。此外,透镜的球形形状和所用液体的均匀折射率可导致光学像差,也是其不足之一。
Cai在总结中指出,如果这些障碍能够一一克服,那么该系统可以作为一种新的视觉辅助工具,将在视觉假体、可调节眼镜和远程操作机器人等方面得到应用,比如它可以用作外部镜头,这样人类可以用眼睛控制照相机。它甚至可作为假眼植入,即使眼睛看不见,使用者仍可以移动眼球并产生眼电信号对其进行控制。
参考资料
1.Newsweek
SOFT CONTACT LENS WHICH CAN ZOOM IN WHEN YOU BLINK TWICE DEVELOPED BY SCIENTISTS
https://www.newsweek.com/soft-contact-lens-zoom-blink-twice-scientists-1451690
2.Advanced Functional Materials
A Biomimetic Soft Lens Controlled by Electrooculographic Signal
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.201903762?referrer_access_token=D7c1SsULTUUsZm5P86E5OE4keas67K9QMdWULTWMo8Nt-T6CojEAo2uxOeXxvsKJBahv1uMcC3TXX_0bVdVy5OsJMIhbXtVppQH0jesz9uh5zgCBdxadPUf_a9iOmAcRNBpcBdjEiIUFFT52pXBdKhnYKqXu_G5I1MVRbQxT-_0%3D&


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