ساخت عینک هوشمند ردیابی چشم بدون نیاز به دوربین با حسگرهای پرسکایتی

ردیابی چشم پتانسیل زیادی برای برقراری تعامل طبیعی بین انسان و کامپیوتر دارد، اما راهحلهای موجود تا به امروز پیچیده و مزاحم بودهاند. سیستمهای مبتنی بر دوربین نیازمند پردازش پیچیده تصویر هستند و نگرانیهایی در خصوص حریم خصوصی ایجاد میکنند. حسگرهای لنز تماسی نیز میتوانند باعث تحریک چشم شوند. راهحلهای جایگزین که سیگنالهای الکتریکی عضلات چشم را اندازهگیری میکنند، نتایج ناسازگاری ارائه میدهند. با وجود دههها تحقیق، دستیابی به فناوری ردیابی دقیق و راحت چشم همچنان یک چالش مهندسی باقی مانده است.

مشکل اصلی، نیاز به نظارت دقیق بر حرکات ظریف چشم بدون تداخل در دید طبیعی یا ایجاد ناراحتی است. سیستمهای دوربین باید حجم زیادی از دادههای تصویری را در زمان واقعی پردازش کنند و تغییرات نور و ویژگیهای چشم را در نظر بگیرند. حسگرهای لنز تماسی نیز قطعات الکترونیکی را مستقیما روی سطح چشم قرار میدهند که امکان تحریک بودن را دارند. عدم وجود فناوری ردیابی چشم قابل اعتماد و غیرتهاجمی، کاربردهای این فناوری در واقعیت افزوده، فناوریهای کمکی و نظارت پزشکی را محدود کرده است.

راهحل جدید حسگرهای نوری پرسکایتی

پیشرفتهای اخیر در مواد پرسکایتی، ترکیبات بلوری با خواص نوری و الکترونیکی مفید، راهحل محتملی برای حل این مشکل ارائه میدهند. این مواد میتوانند نور را با حساسیت بالا تشخیص دهند و از طریق فرآیندهای ساده و کمدمایی ساخته شوند. ویژگیهای منحصر به فرد این مواد، آنها را به گزینهای امیدوارکننده برای ساخت حسگرهای نوری مینیاتوری تبدیل کرده است.

عینکهای هوشمند با حسگرهای پرسکایت

دانشمندان چند موسسه تحقیقاتی در چین، عینکهای هوشمندی توسعه دادهاند که موقعیت چشم را با بهرهگیری از آرایهای از حسگرهای نوری پرسکایتی (به جای دوربین یا لنز تماسی) ردیابی میکنند. این سیستم نور منعکسشده از چشم را اندازهگیری میکند تا جهت نگاه را با دقت پنج درجه تعیین نماید.

محققان با الهام از فرآیندهای معدنیسازی بیولوژیکی، روشی نوین برای رشد بلورهای پرسکایتی توسعه دادند. آنها لایهای از پلیآکریلیک اسید سدیم (PAAS) را به فرآیند اضافه کردند که بلورهای پرسکایت را به سمت ساختارهای بزرگتر و منظمتر هدایت میکند؛ این کار مشابه نحوه هدایت پوسته در موجودات دریایی است. این روش تبدیل ساخت فیلمهای متیلآمونیوم سرب یدیدی با قابلیتهای تشخیص نور شد.

حسگرهای پرسکایتی بهبودیافته حساسیت قابل توجهی نشان دادند و به تغییرات نور ۳۰۰ برابر قویتر پاسخ دادند. آنها ۲۲.۰۹ آمپر جریان به ازای هر وات توان نور ورودی تولید کردند و پس از آزمایشهای طولانی در رطوبت معمول، ۹۱ درصد از کارکرد اولیه خود را حفظ نمودند.

کارکرد عینکهای هوشمند

عینکهای هوشمند شامل یک شبکه از این حسگرها میباشند که بهگونهای قرار گرفتهاند که نور منعکسشده از مناطق مختلف چشم را تشخیص دهند. به گزارش نانوورک، الگوریتمهای شبکه عصبی سیگنالهای حسگرها را در زمان واقعی پردازش میکنند تا موقعیت چشم را تعیین کنند. آزمایشها دقت ۹۹.۸۶ درصد را نشان دادند. این سیستم حتی با تغییر فاصله بین حسگرها و چشم از ۱۴ تا ۵۶ میلیمتر نیز دقت خود را حفظ کرد.

برای نشان دادن کاربردهای عملی، محققان عینکهای هوشمند خود را به یک ماشین کنترلی متصل کردند. کاربران با بهرهگیری از حرکات چشم، ماشین را از مسیرهای پیچیده عبور دادند. سیستم در کمتر از ۱۳۰ میلیثانیه پاسخ داد، سرعتی که برای کنترل روان ماشین کافی است. کارکرد این سیستم در شرایط نوری مختلف محیطهای داخلی پایدار باقی ماند.

این فناوری چندین محدودیت راهحلهای موجود ردیابی چشم را برطرف میکند. این سیستم از بار محاسباتی و نگرانیهای حریم خصوصی سیستمهای مبتنی بر دوربین اجتناب میکند و در عین حال دقت مشابهی ارائه میدهد. حسگرهای غیرتماسی نیز ناراحتی ناشی از دستگاههای لنز تماسی را از بین میبرند. ساخت مبتنی بر محلول مواد پرسکایت نیز امکان ساخت کمهزینه را فراهم میآورد.

استحکام و قابلیت اطمینان این سیستم آن را برای کاربردهای واقعی که نیاز به ردیابی دقیق چشم دارند، مناسب میسازد. متخصصان پزشکی میتوانند الگوهای حرکتی چشم را برای تشخیص شرایط عصبی نظارت کنند. افراد با محدودیت حرکتی میتوانند دستگاههای کمکی را از طریق حرکات چشم کنترل کنند. سیستمهای واقعیت افزوده نیز میتوانند رابطهای طبیعیتر و بدون نیاز به دست ارائه دهند.

این تحقیق مشخص میکند که حسگرهای نوری پرسکایتی میتوانند ردیابی چشم دقیق و غیرتهاجمی را در قالبی عملی ممکن سازند. ترکیب تشخیص دقیق حرکت، زمان پاسخ سریع و کارکرد پایدار در شرایط گوناگون، نیازهای کلیدی برای پذیرش گسترده رابطهای کنترلشده با چشم را برطرف میکند.