“未来版”隐形眼镜:追踪眼球运动 识别眼球命令(图)

小型化、轻量化和无感化是VR、AR设备的重要发展趋势之一。隐形眼镜贴合于人眼，可随眼球转动而动。如果将眼动追踪技术应用于隐形眼镜，又将带来什么新体验？ 5月8日，记者从南京大学获悉，该校与江苏省人民医院、南京航空航天大学的研究团队研发出一种具有眼动追踪功能的隐形眼镜。该眼镜无线无源、轻量无感，可以和配备的无线射频装置“里应外合”，高精度追踪眼球运动轨迹、识别眼动命令。相关成果近日发表于国际学术期刊《自然·通讯》。


佩戴在模拟眼球上的嵌入无线射频位置标签的隐形眼镜。朱衡天供图 无线射频位置标签植入隐形眼镜，捕捉眼动信号 “作为一种成熟的技术，隐形眼镜已经在全球范围内被广泛用于视力矫正。那能不能让它成为一种创造交互式体验的工具？如果想让隐形眼镜实现AR、VR等功能，眼动追踪是需要突破的关键技术。”5月8日，接受科技日报记者采访时，南京大学教授徐飞分享这份研究缘起。 目前，市面上许多眼动追踪技术需要将红外光投射到眼球上，通过摄像头拍摄并识别眼球特征，来推算眼球移动的位置轨迹。“但这种技术易受到眼睑、睫毛遮挡的干扰和瞳孔、虹膜等个体差异的影响，对于特定场景的应用会有局限，例如如果要分析人在睡眠时的眼动规律，就无法实现。”徐飞说。 在该项研究中，团队采取了一种新的技术路径，利用无线射频装置与隐形眼镜的信号传输，实现了“即使闭着眼睛，也能捕捉眼动信号”的突破。 徐飞解释道，“我们在隐形眼镜中植入了四个无线射频位置标签，这四个标签覆盖在眼球的四周。当无线射频装置向眼球发出射频信号时，如果眼球移动了，反射回无线射频装置的射频信号的频率和强度就会发生变化。通过分析信号的数据，我们就能知道眼动的轨迹。” 这些位置标签，可谓隐形眼镜的“秘密武器”，其加工设计并非易事。“隐形眼镜要跟眼球贴合，这就要求其无毒、透气性好，而且还要有一定的曲率，且非常薄。这对标签的材质和加工工艺提出了很高的要求。”徐飞介绍，他们采用微纳加工制备工艺，做出了只有约10微米厚度的位置标签，将其封装在医疗级硅橡胶材质内。同时，这些位置标签、隐形眼镜具有和人眼角膜相匹配的曲率，加之隐形眼镜进行了表面亲水化改性，使得隐形眼镜水润透氧、舒适无感。


科研团队研发的隐形眼镜的无线射频装置。朱衡天供图 隐形眼镜可实现眼机交互应用，且对眼睛友好 无线射频接收装置分析的数据，是否和实际的眼动轨迹吻合？隐形眼镜是否能通过眼球的运动“指哪打哪”？这也是研究团队的攻关目标。 他们选取兔子成为人类的“替身”，验证技术路线的有效性和安全性。 南京大学2020级博士生朱衡天告诉记者，“兔子眼睛和人眼角膜的曲率很接近，所以我们以兔子做试验，为一只兔子戴上了隐形眼镜，又在它眼前放了一个无人小车。当兔子眼睛转动时，隐形眼镜捕捉到信号，通过蓝牙模块，将信号传递到小车上，小车也跟着兔子的眼睛前后左右移动。” 当兔子睡觉时，他们也收集到了兔子的眼动信号，“我们观察到兔子眼睛在眼皮下转动，但兔子闭眼时眼球转动的实际轨迹与信号分析的轨迹是否吻合，由于技术手段受限，还需要进一步验证。” 这款隐形眼镜如果要走向临床，还要接受安全性的考验。朱衡天介绍，团队用了两种模式，检测隐形眼镜是否“友好”：一种模式是让兔子连续24小时佩戴眼镜；另一种模式是模拟人类佩戴隐形眼镜的习惯，每天佩戴8小时，连续佩戴7天。 “结果显示，兔子的眼角膜没有物理损伤，与目前商用的隐形眼镜无明显差异。”朱衡天说。 用活体兔子做试验的同时，团队还搭建了眼动模型，测试眼机交互应用。朱衡天介绍，在眼动文字输入、绘画、游戏操控、网页交互、摄像头操控中，该款隐形眼镜均实现了预期功能。 徐飞说，该隐形眼镜有望在人机交互、眼脑医学诊疗、眼-脑科学研究、心理学研究等领域展开应用。“例如一些特定场景的危险作业，目前需要借助机器人或者摄像头在现场拍摄，如果可以用人眼灵活、精准地控制机器人，那将提高拍摄的实时性和精度。” 不过他坦言，该款隐形眼镜若想进入商用阶段，还需经过临床试验，同时还需降低无线射频装置的功耗，以及进行轻量化、小型化、长续航、低成本的设计。