Google LLC / USPTO, 2018

Компания Google подала заявку на патент, описывающий оптическую систему для очков дополненной реальности, позволяющую проецировать изображение в глаз прямо из линзы очков, а не из дополнительной призмы или другого элемента.

В отличие от устройств виртуальной реальности, очки и шлемы дополненной реальности позволяют пользователю видеть реальный мир вокруг и лишь накладывают на него синтетическое изображение. Поскольку такое наложение - это достаточно сложная с технической точки зрения задача, пока эти устройства стоят гораздо больше шлемов виртуальной реальности, а инженеры за последние годы предложили множество различных конструкций для их оптической системы. К примеру, они по-разному решают проблему использования вместе с очками дополненной реальности очков для компенсации нарушений зрения. Инженеры Intel в своем прототипе очков использовали лазерный проектор, установленный в дужке очков, и проецирующий изображение напрямую на сетчатку глаза. А Google в своих очках использовала для проекции отдельный полупрозрачный блок, располагаемый перед обычными очками.

В своей патентной заявке инженеры из Google описали новую конструкцию, позволяющую разместить оптическую систему для проекции изображения в глаз непосредственно в линзе корректирующих или других очков. Линза в такой схеме состоит из двух совмещаемых частей, в одной из которых располагается световод, идущий от края линзы к центру. С края к торцу световода примыкает проекционная система, состоящая из небольшого экрана и призмы.

Схема прохождения лучей от экрана к глазу

Google LLC / USPTO, 2018

Попадая в световод, лучи от экрана проходят к центру линзы, а именно к области, в которой она граничит со второй частью линзы. На этой границе разработчики предлагают размещать массив из отражательных элементов, которые могут быть выполнены из металла или полупрозрачного материала. Поскольку между отражательными элементами будет оставаться свободное пространство, массив будет полупрозрачным и не будет сильно мешать обзору.

Две совмещаемые половины линзы

На протяжении последнего десятилетия ученые разрабатывают «умные линзы». Сферы применения у них могут быть самые разные, так же как и у «умных очков» Google - «дополненная реальность», навигация, быстрый доступ к информации и компьютерные игры.

Но в отличие от очков «умные линзы» открывают еще и массу возможностей для медицины. Благодаря тому, что они находятся практически внутри организма, встроенный в них компьютер мог бы решать важные для здоровья задачи.
Измерение уровня глюкозы при диабете
В середине января научное подразделение интернет-гиганта Google - Google[x] - представило «умные» контактные линзы для больных сахарным диабетом. Эти приспособления измеряют уровень глюкозы по слезе при помощи крошечного беспроводного чипа и миниатюрного сенсора.
Пока что создан только прототип «умной линзы». Если же их удастся запустить в массовое производство, то они могли бы облегчить жизнь миллионам больных диабетом: при таком заболевании необходимо по несколько раз в день брать кровь из пальца, чтобы померить уровень сахара.
Диагностика глаукомы
Первую в мире разработку по встраиванию микрокомпьютера в контактную линзу представили в 2008 году калифорнийские исследователи. Им удалось создать «плату» из серебра изогнутой формы, которая могла работать как датчик давления. Соответственно, такая линза могла бы диагностировать глаукому, поскольку это заболевание выражается в повышенном внутриглазном давлении. Причем диагностику можно проводить на самой ранней стадии и таким образом предотвращать ухудшение зрения и слепоту.
В 2010 году швейцарская микротехнологическая компания Sensimed представила контактные линзы с сенсором для диагностики глаукомы под брендом Triggerfish. В 2011 году она получила разрешение для массовой продажи продукта в Евросоюзе.
Но действительно массовым это устройство назвать нельзя. Во-первых, оно очень дорогое. Полный комплект в розничной продаже стоит почти 8 000 евро. Во-вторых, оно очень громоздкое и не подходит для ежедневного использования. Комплект включает в себя сами линзы; антенну для получения данных с сенсора, которая приклеивается при помощи специального материала цвета кожи вокруг глаза; портативный приемник, который крепится на тело пациента и кабель, который передает информацию с антенны на приемник. Через Bluetooth показатели можно скачать на компьютер.
Создатели Triggerfish уже три года ждут разрешение на продажу устройства в США.
Защита глаз от яркого света В 2012 году бельгийские ученые создали крошечный изогнутый ЖК-дисплей, который может быть встроен в контактную линзу и полностью повторять ее форму.
В первой линзе-дисплее был всего один пиксель, на котором ученые изобразили знак доллара. Но вместо него можно использовать затемнение, которое позволит защитить от яркого света глаза, а особенно поврежденную сетчатку или радужную оболочку.
Вместо того, чтобы каждый раз снимать и надевать солнцезащитные очки, владельцы таких линз смогут включать и выключать режим затемнения. Это может происходить автоматически при помощи встроенного датчика освещенности.
Технические трудности
Пока что все это - только разработки, которым еще предстоит пройти большой путь до массового использования. Ученые сталкиваются с массой трудностей при попытке создания линз со встроенным компьютером, которые при этом не были бы вредны для глаза.
Во-первых, сложно сделать дисплей или микросхему изогнутой: это либо портит качество дисплея, либо делает линзу слишком жесткой. Во-вторых, экспериментальные линзы сделаны из полиэтилентерефталата, который не может обеспечить приток воздуха к роговице. Ученым нужно найти такой материал, на который можно было бы закрепить мини-компьютер, но чтобы при этом он «дышал».
К тому же необходимо создать способы питания такого компьютера. Сейчас большинство разработок функционируют при помощи беспроводной батареи. В таком случае ее необходимо прикреплять около глаза, что делает устройство менее удобным. Ученые планируют создать крошечный встроенный блок питания. Есть также планы по использованию солнечной энергии для работы «умных линз».
Еще одна проблема: из-за установки дисплея линза становится жесткой и непрозрачной. Для того, чтобы она не раздражала глаз, необходимо создать устройство из таких материалов, которые обеспечивали бы электропроводимость, но при этом были бы достаточно мягкими и прозрачными, а также эластичными и прочными и не требовали бы высоких температур для нанесения, иначе линза расплавится.
Социопсихологические проблемы
Но наука ежедневно двигается вперед, поэтому не стоит сомневаться, что в ближайшие несколько лет ученым удастся создать «умные линзы», которые будут не только полезными и функциональными, но и удобными и безопасными для глаз.
Сложности могут возникнуть уже после, когда продукт будет готов к использованию. Очки Google Glass, которые человек носит в открытую, уже запрещены в некоторых местах из-за боязни вторжения в частную жизнь и нелегального копирования интеллектуальной собственности. Что тогда говорить о скрытой от невооруженных глаз линзе.
Потенциальные возможности «умных линз» огромны, что может насторожить общество, которое и так в последнее время напугано электронной слежкой и вторжением в частную жизнь.

Недавно стали известны подробности патентной заявки компании Samsung, которую она подала еще в 2014 году. И стало понятно, что, вероятно, корейский технологический гигант разрабатывает умные контактные линзы, которые предназначены для решения задач, с которыми не справились Google Glass.

Эти линзы включают в себя миниатюрный компьютерный чип и камеру, которые будут позволять делать фотографию просто моргнув глазом. Встроенная в эту конструкцию антенна будет отсылать изображение в мобильное устройство для хранения и просмотра. Вам это ничего не напоминает? Очень похоже на то устройство, которое фигурировало в одной из серий фильма "Миссия невыполнима" с Томом Крузом.

Кроме того, такая контактная линза будет показывать прямо в поле зрения пользователя информацию, полученную из Интернета, примерно так, как это происходит в системах дополненной реальности. Согласно патентному описанию, контактные линзы смогут показывать инструкции по ориентированию и навигации, что будет особенно полезно пожилым людям с ослабевшей памятью, искать в интернете информацию, основываясь на том, что он видит в окружающем мире.

Напомним, что не только Samsung занимается разработкой умных контактных линз. Например, уже с 2014 года Google совместно с фармацевтической компанией Novartis ведет проект разработки контактных линз, которые предназначены для мониторинга уровня сахара в крови диабетиков, анализируя их слезную жидкость. Согласно патентной заявке этой компании, и еще множество вещей, если конечно такие разработки будут вестись: следить за температурой и уровнем алкоголя в крови, сканировать штрих-коды и связываться с другими устройствами и т.п.

В 2015 году группа исследователей из швейцарского Государственного технологического института объявила, что они работают над контактными линзами с функцией изменения увеличения (zoom), которая будет активироваться с помощью подмигивания.

Несколько позже, чем Samsung и Google, патентную заявку на похожее устройство подала и компания Sony. Описанное в заявке устройство обещает даже больше, чем линзы Samsung и Google. Кроме фотографий, эти линзы будут способны записывать видео окружающей действительности с помощью технологии, которая сможет различать обычное мигание человеческого глаза и подмигивание с целью активации камеры. Вся информация при этом также отправляется на внешнее устройство. Пошел ли процесс далее патентной заявки, пока неизвестно.

Соревнование на этом поле обещает быть интересным, поскольку, например, Google недавно подала еще одну патентную заявку, где речь идет о камере, имплантируемой непосредственно в глаз человека. Преимуществом этого варианта является то, что ему не грозит опасность быть смытым во время мытья в душе или быть потерянным в толкучке метро. Описанные в патенте технологии позволяют делать фотографии и снимать видео, автоматически фокусироваться, а также удаленно настраивать и калибровать фокусное расстояние по мере того, как зрение меняется с возрастом.

Когда такие фантастические устройства станут доступны потребителям, непонятно. Но, поскольку эти патентные заявки оформлены самыми крупнейшими технологическими компаниями мира, можно предполагать, что рано или поздно мы увидим, как в реальности будут реализованы эти технологии.

Для комментирования необходимо

В научно-исследовательской лаборатории Google[x] воплотили в жизнь еще одно изобретение, которое приближает нас к киберпанковскому будущему. Это «умные» контактные линзы с интегрированной микросхемой. Предполагается, что в первую очередь носителями таких линз станут диабетики.

Микросхема способна замерять уровень сахара в слезе 1 раз в секунду. Электроника вклеена между двумя слоями мягкого материала. По диаметру проложена антенна, с помощью которой линза получает энергию и отправляет показания сенсора (смотреть их можно на смартфоне). Сейчас разработчики пытаются внедрить в микросхему маленький светодиод, который будет подавать сигнал в случае необходимости.

Сахарный диабет - распространенное заболевание, которым страдают более 5% населения планеты. Оно требует постоянного мониторинга уровня сахара в крови. Если тот падает ниже определенного значения, то возможны повреждения почек, сердца и глаз. Не говоря уже о побочных эффектах, как потеря контроля над автомобилем на большой скорости или потеря сознания на улице.

Контактные линзы - самый удобный способ замерять уровень сахара. Если их нет, то приходится постоянно сдавать кровь или носить подкожный сенсор, что, наверное, не слишком приятно. Сенсор глюкозы в крови - только начало. В будущем можно создавать более продвинутые контактные линзы с микросхемами различной функциональности и проектором изображения на сетчатку.

У интернет-гиганта Google в тайных подвалах штаб-квартиры в Маунтин-Вью есть “секретное” подразделение Google X, занимающееся всякими безумными футуристическими разработками. Среди них есть , и еще только Ларри Пейдж знает что. Одним из смелых проектов значится и умная линза, которая должна помочь диабетикам в индикации уровня сахара в крови. Вы уже могли о них на нашем сайте, а тем временем проект сделал довольно большой шаг вперед.

Медицина - довольно специфическая отрасль. Дело в том, что даже если вы изобрели прибор, который чудесным образом лечит все известные и неизвестные болезни, то он сначала должен пройти сертификацию в соответствующих инстанциях. И это абсолютно правильно, ведь неизвестно какие последствия и побочные эффекты могут быть в результате новых методов. А рисковать здоровьем масс совершенно точно нельзя. Так что все логично.

На днях же компания Google заключила стратегическое партнерское соглашение с Alcon, подразделением компании Novartis, которая известна своими разработками в области медицины. Данное партнерство поможет компаниям объединить усилия по созданию “умной линзы” для скорейшего ее выведения на рынок. Опыт разработок Novatris, в частности, должен поспособствовать быстрому прохождению всех необходимых этапов сертификации.

Линза должна будет оповещать диабетиков о критических уровнях глюкозы в крови с помощью встроенного светового индикатора. Также рассматривается вариант, когда линза сможет использовать встроенные датчики для того, чтобы производить адаптивную коррекцию зрения. Последнее должно помочь людям в возрасте, которым тяжело фокусироваться на близлежащих предметах, но пока является лишь потенциальным направлением развития технологии.

Как это работает?

Итак, как же инженерам из Google удалось разместить все необходимые компоненты на такой специфической штуке, как контактная линза. Давайте разбираться!

Сама линза состоит из трех слоев, два из которых служат “хлебом” для “бутерброда” электроники. Внутри установлены миниатюрные сенсор глюкозы, контроллер, конденсатор и антенна. Все это помещается между двумя мягкими слоями линзы.

Одной из главных задач для конструкторов было создание электроники, которая бы работала на рекордно маленьких мощностях, ведь необходимость размещать аккумулятор в линзе (а тем более заряжать его) могло бы сделать пользование устройством близким к невозможному. Решена эта проблема с помощью технологии RFID, с помощью которой энергия будет поступать в линзу одновременно с передачей данных “родительскому” устройству. Т.е. полностью автономной линза пока не станет.

Общение с внешними устройствами обеспечивает антенна, которая составляет наиболее видимую часть электроники (кольца на линзе). При этом их толщина не превышает толщину человеческого волоса. Улавливаемые антенной волны преобразуются в энергию и информацию, которая расходится в конденсатор и чип соответственно.

Замер уровня глюкозы происходит из слезы с помощью миниатюрного глюкометра. Для этого не обязательно плакать, ведь немного слезы все время находится на поверхности глаза. Ее-то и достаточно для анализа.

В будущем инженеры хотят внедрить в линзу светодиод, который бы загорался при критических уровнях сахара. Однако сделать это не так просто. Все дело в том, что в светодиодах содержится мышьяк - ядовитый металл. Вполне может быть, что его наличие пройдет без каких-либо негативных последствий, но все же для этого нужны дополнительные исследования. Слизистая среда, да еще и в непосредственной близости от глаза, - сами понимаете.

Итог

В целом, “умная” линза может стать настоящим спасением для многих людей, страдающих от сахарного диабета, ведь почти все современные средства определения уровня глюкозы подразумевают иглы и анализ крови. В случае же, если человек может нормально носить линзы (а, как показывает практика, так делать могут не все), для него подобная технология может значительно облегчить жизнь.

Теперь вы знаете, как устроены умные линзы от Google. Предложения для рубрики “Как это работает” оставляйте в комментариях или же пишите мне в