3D打印的智能隱形眼鏡為增強現(xiàn)實眼部導航提供新可能

2023年2月22日，南極熊獲悉，一組來自韓國電工技術研究院（KERI）和蔚山國家科學技術研究院（UNIST）的科研人員宣稱，他們開發(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。這項被視為創(chuàng)新的技術，可以作為增強現(xiàn)實工具，如實時導航。研究成果已發(fā)表在Advanced Science雜志上。

△基于3D打印技術的智能隱形眼鏡原型可通過Arduino Uno進行圖像控制

Seol Seung-Kwon 博士和他的團隊表示："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，使得先進的智能隱形眼鏡商業(yè)化成為實現(xiàn)增強現(xiàn)實的可能。這將極大地推動增強現(xiàn)實設備的小型化和多功能化?！?br />

△該團隊的論文題目為“普魯士藍智能電致變色顯示器的Meniscus-Guided微打印”（傳送門）

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

為了解決PB微圖案化困難的問題，這項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。

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

概括的說，PB基電致變色(EC)顯示器集成到智能隱形眼鏡中后，可以通過獲取GPS坐標為觀看者提供實時方向導航。通過本研究提出的簡單PB微圖案制備方法，可用于制備高級EC顯示器和各種其他功能設備。

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

用于增強現(xiàn)實的3D打印智能隱形眼鏡
研究人員表示，智能隱形眼鏡是增強現(xiàn)實設備的“黃金標準”。與通常的笨重眼鏡或最近發(fā)布的夾式單片眼鏡設計不同，它不需要微型顯示器和復雜的光學器件，而是可以輕松地放在眼睛表面并覆蓋用戶的視野。

因此，這項技術的難點在于開發(fā)足夠薄且功耗極低的智能鏡頭，而該團隊的3D 打印技術正是解決這一問題的利器。研究人員展示了在智能隱形眼鏡鏡片上打印普魯士藍墨水微圖案的能力，這些圖案會在溶劑蒸發(fā)后進一步結晶。

研究人員測試發(fā)現(xiàn)，打印系統(tǒng)能夠創(chuàng)建適合增強現(xiàn)實顯示的尺寸小至7.2微米的圖案，顏色均勻且連續(xù)。目前，他們對該技術充滿信心，并認為它將成為增強現(xiàn)實顯示的理想選擇。為了驗證這一點，他們創(chuàng)建了一個具有實時導航功能的增強現(xiàn)實智能鏡頭，借助Arduino Uno微控制器板開發(fā)的外部GPS接收器，用戶可以輕松地被引導到指定站點。增強現(xiàn)實智能鏡頭將方向箭頭和“停止”、“前進”標志投射到用戶的視野中。

但是這項新技術目前還處于實驗室階段，距離該技術商業(yè)化仍有許多挑戰(zhàn)需要克服。例如，盡管這種技術已經在3D打印的眼球模型上進行了評估，但在商業(yè)化之前，還需要在真人眼睛上進行測試。該模型是一個復制品，背面有一個洞，以模擬觀察者會看到什么。

△研究人員通過調整打印參數(shù)，包括PB墨水的濃度、打印速度和移液器內徑，實現(xiàn)了一致的PB圖案，并利用CV循環(huán)將3D打印的PB圖案重復地轉化為普魯士白。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)來表征

利用3D打印技術改善眼睛健康
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、印度理工學院和細胞與分子生物學中心的測試，以及斯圖加特大學研究人員開發(fā)的新技術，能為3D打印鏡片涂上抗反射涂層。