Інфрачервоні контактні лінзи для нічного бачення щодня
Дослідники зробили значний крок у напрямку надання можливості як мишам, так і людям виявляти інфрачервоне (ІЧ) світло — навіть крізь закриті повіки — за допомогою спеціально розроблених контактних лінз. Хоча поточні прототипи забезпечують лише обмежену роздільну здатність, вони відкривають перспективи для носимих пристроїв нічного бачення, які є компактними, біосумісними та непомітними.
Технічні основи: Як працює виявлення інфрачервоного світла
Традиційні системи нічного бачення спираються на громіздку оптику або кріогенне охолодження сенсорів. Натомість нові контактні лінзи інтегрують шари фотонного апконвертування на м’яких гідрогелевих підкладках:
- Наночастинки апконвертування: Частинки флуориду натрію йтрію, леговані рідкоземельними елементами (NaYF4), які поглинають інфрачервоні фотони (довжини хвиль 800–1,100 нм) і випромінюють видиме червоне світло (~620 нм).
- Прозорі електроди: Ультратонкі, гнучкі плівки оксиду індію-олова (ITO), спроектовані для зменшення оптичних спотворень, забезпечуючи при цьому живлення вбудованих активних шарів.
- Гідрогелева матриця: Біосумісний полімера, що пропускає сльози і здатний підтримувати здоров’я очної поверхні протягом тривалого носіння.
Експериментальна установка та результати
- Валідація in vivo: Мишам встановили прототипи лінз і піддавали їх впливу контрольованих джерел ІЧ; нейронні реакції у зоровій корі записувалися за допомогою багатоканальних електродних масивів.
- Дослідження на людях: Добровольці носили лінзи у темній камері та ідентифікували прості форми, проекціювані з використанням ІЧ-освітлення (1 мВт/см²). Учасники повідомили про сприйняття силуетів, незважаючи на закриті повіки.
- Обмеження роздільної здатності: Поточна просторове розділення оцінюється приблизно в ~0.1 циклів на градус — цього достатньо для розпізнавання базових форм, але це значно нижче за нормальне людське зір (~30 cpd).
Механізм фотонного апконвертування
“Використовуючи легуючі елементи рідкоземельних металів, ми можемо перетворити невидимі ІЧ-фотони на довжини хвиль, які розпізнає сітківка,” говорить доктор Олена Мартін, провідний автор дослідження. “Цей підхід обминає необхідність у зовнішніх джерелах живлення або громіздкій оптиці.” — Доктор Олена Мартін, директор з оптоелектроніки, Університетська дослідна лабораторія
Застосування та потенційні випадки використання
- Військові та правоохоронні органи: Приховане нічне бачення без зовнішніх окулярів.
- Пошук і рятування: Перші респонденти можуть орієнтуватися в темряві, зберігаючи повну периферійну обізнаність.
- Дослідження дикої природи: Ненав’язливе спостереження за нічними видами без порушення їхньої природної поведінки.
- Медичні діагностики: Інфрачервоне зображення тканинної перфузії на клітинному рівні, що безпосередньо візуалізується клініцистами.
Безпека та біосумісність
Гарантія безпеки очей є надзвичайно важливою. На сьогоднішній день лінзи пройшли тестування на цитотоксичність ISO 10993 і демонструють:
- ≥95% життєздатності клітин у тестах на епітелії рогівки.
- Стабільну сумісність зі слізною плівкою протягом 8-годинних циклів носіння.
- Відсутність виявленого тепловиділення при інтенсивності ІЧ до 2 мВт/см².
Перспективи комерціалізації
Кілька стартапів ведуть переговори з оборонними агентствами та виробниками медичних пристроїв. Виробництво планується здійснити за допомогою технології рулонного нанооброблення, з метою знизити витрати на одиницю до $50 для масового виробництва до 2026 року. Основними викликами є масштаби рівномірного нанесення наночастинок та інтеграція бездротового живлення.
Етичні та правові аспекти
Оснащення цивільних осіб нічним баченням піднімає питання регуляції. Правозахисники закликають до чітких рекомендацій щодо використання, щоб запобігти несанкціонованому спостереженню. Обговорюються технічні заходи безпеки, такі як обмежена за часом активація та шифрування напрямку променя.
Майбутні напрямки
Прототипи наступного покоління мають на меті:
- Покращити роздільну здатність до ~1 cpd шляхом оптимізації геометрії наночастинок.
- Розширити спектральну чутливість у короткохвильовій інфрачервоній (SWIR) області (1,400–1,600 нм).
- Інтегрувати мікробатареї на лінзах або елементи збору енергії для активної модуляції.
Якщо ці зусилля виявляться успішними, ці досягнення можуть змінити носиме доповнене зір, зробивши нічне бачення таким же звичним, як коригуючі лінзи.