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南京大學/南京航空航天大學/江蘇省人民醫院徐飛教授、陸延青教授、陳燁研究員、袁松濤主任團隊提出了一種具有眼動追蹤功能的隱形眼鏡。基于頻率編碼策略，該隱形眼鏡具有無線無源、輕量無感、柔軟安全的特點，實現高精度的眼動追蹤和眼動命令識別。相關成果以“Frequency-encoded eye tracking smart contact lens for human-machine interaction”為題，發表于Nature Communications上【Nature Communications, 2024, 15:3588】。
論文截圖
2024年初，Apple公司上市了其首臺革命性的空間計算設備Vision Pro。它將數字內容無縫融入真實世界，以最自然、最直觀的輸入方式——眼睛，為用戶帶來全新的在混合現實（MR）中的交互體驗。這在業界學界中點燃了眼動追蹤技術的研發熱潮。
可穿戴設備的小型化、輕量化、無感化是該領域的重要發展方向之一?！兜姓?》中展望了一款具有人臉識別與追蹤功能的隱形眼鏡，展示了AR設備的終極形態。隱形眼鏡作為一種普適的技術，已經在全球范圍內被廣泛用于視力矯正。隱形眼鏡天然與眼睛合為一體，有望實現原位眼動追蹤功能，賦能精準實時、輕量無感、自然高效的眼機交互應用，尤其可以閉眼的時候使用。
基于智能隱形眼鏡的眼動追蹤和眼命令輸入
隨著柔性光電子技術和曲面共形加工技術的發展，《碟中諜4》中展示的智能隱形眼鏡的黑科技正逐步成為現實。研究團隊將四個無線射頻位置標簽封裝于醫療級硅橡膠中，經精密曲面封裝、表面親水化，制備和人眼角膜結構相匹配的、透氧水潤的眼動追蹤隱形眼鏡。該位置標簽無線無源，無需體積龐大的電池和硅芯片即可向外置閱讀裝置傳輸眼動信息，使隱形眼鏡柔軟輕量、安全無感。
眼動追蹤智能隱形眼鏡
隱形眼鏡經佩戴之后，基于時序眼動追蹤算法能夠實現高精度的眼動追蹤。眼動角精度優于0.5°，這甚至小于中央凹所提供的視角，意味著該隱形眼鏡能夠準確識別視線聚焦的位置。隱形眼鏡工作過程中魯棒穩定，免疫強光、投影圖像、眼瞼睫毛遮擋對眼動追蹤的干擾。器件的工作頻率也規避了常見的電磁干擾，例如手機、路由器等射頻信號源。此外，隱形眼鏡的生物相容性封裝保證了安全性，通過長時間的離體細胞毒性測試以及活體兔眼刺激測試，其安全性和商用隱形眼鏡無明顯差異?；谠撾[形眼鏡，聯合團隊展示了豐富多樣的眼機交互應用，例如眼動文字輸入、繪畫、游戲操控、網頁交互、攝像頭操控、無人車操控等。
活體兔子眼控無人車
憑借該隱形眼鏡準確穩定的無線眼動追蹤能力、豐富多樣的交互模式、柔軟舒適的結構特性以及生物安全的理化性質，研究團隊未來將進一步探索其在人（腦-眼）機交互、眼腦醫學診療、眼-腦科學研究、心理學研究等領域的應用潛力。此外，隱形眼鏡能夠實現眼部物理-生理-心理多模態信息的實時動態感知，研究團隊也實現感知靈敏、抗干擾的無線眼壓監測隱形眼鏡【DOI: 10.1002/adfm.202400722】【DOI: 10.1021/acssensors.2c01299】，未來將進一步研究眼部人機交互智能裝備。
南京大學徐飛教授、陸延青教授、江蘇省人民醫院袁松濤主任醫師、南京航天航空大學陳燁研究員為文章的共同通訊作者，南京大學博士生朱衡天、楊歡和江蘇省人民醫院博士生徐思琪為文章共同第一作者，馬園園、朱書庚、毛正藝對實驗作出了重要貢獻。江蘇省人民醫院胡仔仲副主任醫師、南京大學江德臣教授、寧興海教授、熊毅豐助理教授、潘榮容博士、徐郁蕊博士、陳薇薇博士生對實驗提供了重要幫助。該研究得到國家自然科學基金委（61925502、62135007、62305153和 22025403）和國家重點研發計劃（2021YFA1401103）的支持。
研究團隊 | 作者
酥魚 | 編輯
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