3D打印的智能隱形眼鏡為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼部導(dǎo)航提供新可能

2023年2月22日，南極熊獲悉，一組來(lái)自韓國(guó)電工技術(shù)研究院（KERI）和蔚山國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究院（UNIST）的科研人員宣稱，他們開(kāi)發(fā)了一種基于低功率單色顯示器的3D打印智能隱形眼鏡的核心技術(shù)。這項(xiàng)被視為創(chuàng)新的技術(shù)，可以作為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工具，如實(shí)時(shí)導(dǎo)航。研究成果已發(fā)表在Advanced Science雜志上。

△基于3D打印技術(shù)的智能隱形眼鏡原型可通過(guò)Arduino Uno進(jìn)行圖像控制

Seol Seung-Kwon 博士和他的團(tuán)隊(duì)表示："我們的成就在于發(fā)展了能夠在非平面基板上打印功能性微圖案的3D打印技術(shù)，使得先進(jìn)的智能隱形眼鏡商業(yè)化成為實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的可能。這將極大地推動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的小型化和多功能化。”

△該團(tuán)隊(duì)的論文題目為“普魯士藍(lán)智能電致變色顯示器的Meniscus-Guided微打印”（傳送門(mén)）

為什么要使用普魯士藍(lán)（PB）墨水？
使用節(jié)能電致變色(EC)顯示器在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的智能設(shè)備中應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)成本效益、制造方便和高效操作。然而，普魯士藍(lán)(PB)作為一種具有獨(dú)特電致變色(EC)特性的金屬有機(jī)配位化合物，由于微圖案化困難，限制了其在EC顯示中的應(yīng)用。

為了解決PB微圖案化困難的問(wèn)題，這項(xiàng)工作提出了一種基于微打印的新策略，使用FeFe(CN)6的局部結(jié)晶在由酸性鐵氰化物墨水菲林限制的基板上，隨后在 120°C 的熱還原下形成PB圖案。

通過(guò)控制FeCl3K3Fe(CN)6濃度、打印速度和移液器內(nèi)徑等打印參數(shù)，可以獲得一致的PB圖案。使用0.1 M KCl (pH 4)電解液，通過(guò)200次CV循環(huán)，可以獲得結(jié)果一致的3D打印PB圖案且重復(fù)地轉(zhuǎn)化為普魯士白（CV 電勢(shì)范圍：0.2-0.5 V）。

概括的說(shuō)，PB基電致變色(EC)顯示器集成到智能隱形眼鏡中后，可以通過(guò)獲取GPS坐標(biāo)為觀看者提供實(shí)時(shí)方向?qū)Ш健Ｍㄟ^(guò)本研究提出的簡(jiǎn)單PB微圖案制備方法，可用于制備高級(jí)EC顯示器和各種其他功能設(shè)備。

△使用液滴控制的微型打印技術(shù)，可以在受限制的區(qū)域內(nèi)制造出均勻的普魯士藍(lán)圖案

用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的3D打印智能隱形眼鏡
研究人員表示，智能隱形眼鏡是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。與通常的笨重眼鏡或最近發(fā)布的夾式單片眼鏡設(shè)計(jì)不同，它不需要微型顯示器和復(fù)雜的光學(xué)器件，而是可以輕松地放在眼睛表面并覆蓋用戶的視野。

因此，這項(xiàng)技術(shù)的難點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)足夠薄且功耗極低的智能鏡頭，而該團(tuán)隊(duì)的3D 打印技術(shù)正是解決這一問(wèn)題的利器。研究人員展示了在智能隱形眼鏡鏡片上打印普魯士藍(lán)墨水微圖案的能力，這些圖案會(huì)在溶劑蒸發(fā)后進(jìn)一步結(jié)晶。

研究人員測(cè)試發(fā)現(xiàn)，打印系統(tǒng)能夠創(chuàng)建適合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示的尺寸小至7.2微米的圖案，顏色均勻且連續(xù)。目前，他們對(duì)該技術(shù)充滿信心，并認(rèn)為它將成為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示的理想選擇。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，他們創(chuàng)建了一個(gè)具有實(shí)時(shí)導(dǎo)航功能的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)智能鏡頭，借助Arduino Uno微控制器板開(kāi)發(fā)的外部GPS接收器，用戶可以輕松地被引導(dǎo)到指定站點(diǎn)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)智能鏡頭將方向箭頭和“停止”、“前進(jìn)”標(biāo)志投射到用戶的視野中。

但是這項(xiàng)新技術(shù)目前還處于實(shí)驗(yàn)室階段，距離該技術(shù)商業(yè)化仍有許多挑戰(zhàn)需要克服。例如，盡管這種技術(shù)已經(jīng)在3D打印的眼球模型上進(jìn)行了評(píng)估，但在商業(yè)化之前，還需要在真人眼睛上進(jìn)行測(cè)試。該模型是一個(gè)復(fù)制品，背面有一個(gè)洞，以模擬觀察者會(huì)看到什么。

△研究人員通過(guò)調(diào)整打印參數(shù)，包括PB墨水的濃度、打印速度和移液器內(nèi)徑，實(shí)現(xiàn)了一致的PB圖案，并利用CV循環(huán)將3D打印的PB圖案重復(fù)地轉(zhuǎn)化為普魯士白。因此，該論文提出了一種有效的PB微圖案創(chuàng)建方法，可作為打印參數(shù)的函數(shù)來(lái)表征

利用3D打印技術(shù)改善眼睛健康
在其它地方，科研人員同樣在使用3D打印技術(shù)改善眼睛健康，包括印度LV普拉薩德眼科研究所、印度理工學(xué)院和細(xì)胞與分子生物學(xué)中心的測(cè)試，以及斯圖加特大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，能為3D打印鏡片涂上抗反射涂層。