Μία από τις μεγαλύτερες επιθυμίες των ανθρώπων ήταν να μπορούν να αποθηκεύσουν και να αποτυπώσουν πέρα από τη μνήμη τους τις εμπειρίες της ζωής τους: τη θέα ενός υπέροχου τοπίου, χαρούμενες στιγμές μαζί με τις οικογένειες τους. Για αυτό, στην προϊστορική εποχή, οι άνθρωποι ζωγράφιζαν τοιχογραφίες σε σπηλιές. Αργότερα, ζωγράφιζαν φιγούρες ή τοπία σε ένα κομμάτι ύφασμα ή χαρτί και τα πέρασαν στις επόμενες γενιές. Μετά την εφεύρεση των φωτογραφικών μηχανών, οι φωτογραφίες αντικατέστησαν τους πίνακες που προορίζονταν για τέτοιους σκοπούς. Οι φωτογραφικές μηχανές με φιλμ εξελίχθηκαν σταδιακά σε ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και οι ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές εξελίχθηκαν περαιτέρω για να πραγματοποιήσουν πιο καθαρές εικόνες με μικρότερες μονάδες. Σταδιακά, οι κάμερες έγιναν αρκετά μικρές για να τοποθετηθούν σε κινητά τηλέφωνα, μικροσκοπικά drones, γυαλιά και άρχισαν να υιοθετούν διάφορες λειτουργίες, όπως η επαυξημένη πραγματικότητα (AR). Μερικοί άνθρωποι βλέπουν τώρα το μέλλον και ανυπομονούν μια μέρα να επιτύχουν τη δημιουργία μικρών τσιπ που θα εμφυτεύονται στα μάτια μας, ώστε να αντικαταστήσουν τις κάμερες και τα κινητά. Η ιστορία που θα σας πούμε τώρα αφορά τη τεχνολογία «Smart Eye», κάτι που μπορεί να δούμε στο μέλλον, χάρη στην ανάπτυξη της τεχνολογίας ημιαγωγών.
«Smart Eye», ένα ολοστρόγγυλο μάτι με διάφορες λειτουργίες πέρα από την όραση
Το «Smart Eye», ένα είδος τεχνητού ματιού, αναμένεται να μπορεί να εκτελεί μια ποικιλία εργασιών, συμπεριλαμβανομένης της απλής λήψης φωτογραφιών. Η βελτίωση της όρασης, επιτρέποντας τη θέαση αντικειμένων μακριά ή την αναγνώριση πολύ μικρού κειμένου ή αντικειμένων που δεν ήταν προηγουμένως ορατά στα ανθρώπινα μάτια, είναι δύο από τα πιο βασικά βήματα. Με το Smart Eye, μπορεί να είναι δυνατό να απαθανατίσετε τη στιγμή απλά ανοιγοκλείνοντας τα μάτια σας. Μπορείτε ακόμη, κι αυτό είναι απίστευτο, να μοιραστείτε τις οπτικές εικόνες και την όρασή σας σε πραγματικό χρόνο με κάποιον φίλο ή συγγενή σας μέσω μιας σύνδεσης δικτύου.
Δεδομένου ότι είναι ένα είδος ηλεκτρονικής συσκευής, μπορεί να εξοπλιστεί με διάφορες πρόσθετες λειτουργίες όπως smartphone χρησιμοποιώντας το ενσωματωμένο τσιπ ημιαγωγών. Ειδικότερα, όταν συνδυάζεται με την τεχνολογία AR, το Smart Eye έχει τη δυνατότητα να εμπλουτίσει την καθημερινότητά μας. Για παράδειγμα, μπορείτε να εμφανίζετε μεταφρασμένα κείμενα ακριβώς δίπλα στο ξένο κείμενο που διαβάζετε ανά πάσα στιγμή και οπουδήποτε. Επιπλέον, όταν διακρίνεται κάτι άγνωστο, θα μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το ίντερνετ και μια εγκυκλοπαίδεια θα εμφανίζετε αυτόματα στο οπτικό σας πεδίο με πληροφορίες σχετικά με αυτό το αντικείμενο.
Χρήσιμες πληροφορίες για την καθημερινή ζωή, όπως ο χρόνος και ο καιρός, μπορούν να εμφανίζονται σε έναν εικονικό χώρο στο οπτικό σας πεδίο, ενώ ένα αποθηκευμένο πρόγραμμα ή έγγραφα μπορούν να φορτωθούν και να ελεγχθούν με ένα κλείσιμο των ματιών σας. Αφού φύγετε από το σπίτι σας, ένα εικονικό βέλος που δείχνει προς τον προορισμό σας θα σας δείξει τον δρόμο που πρέπει να πάτε. Η πλοήγηση στα καταστήματα, μαζί με τις λεπτομερείς πληροφορίες δε θα είναι πλέον σκηνή από ταινία επιστημονικής φαντασίας. Όλα αυτά είναι ευχάριστες αλλαγές που μπορεί να φέρει το «Smart Eye» στην καθημερινότητά μας.
Στη βιομηχανία, τα «Έξυπνα Γυαλιά», που θεωρούνται ότι είναι μόλις ένα βήμα πριν από το Smart Eye, εκτελούν ήδη πολλές λειτουργίες απ’ αυτές που αναφέρθηκαν παραπάνω. Επιπλέον, μια αυστραλιανή εταιρεία με το όνομα Bionic Vision Technologies είχε προσπαθήσει να μεταφέρει εικόνες από κάμερα στον εγκέφαλο μέσω ενός εμφυτευμένου τσιπ πίσω από το μάτι. Το τσιπ συνδέεται με την κάμερα σε σχήμα γυαλιού. Η εταιρεία κατάφερε να επιτύχει κάποια ορατά αποτελέσματα με αυτή την καινοτόμο προσπάθεια. Στο εγγύς μέλλον, όταν αυτές οι τεχνολογίες γίνουν πιο εξελιγμένες, το Smart Eye μπορεί να είμαι διαθέσιμο και στην παγκόσμια αγορά, νωρίτερα από ό,τι πιστεύαμε.
Θα μπορούσε να φέρει το Smart Eye πλήρη αντικατάσταση των ανθρώπινων ματιών;
Πότε θα ολοκληρωθεί το Smart Eye; Για να το ανακαλύψουμε αυτό, ας δούμε πρώτα πόσο μακριά έχει φτάσει η έρευνα για τα τεχνητά μάτια μέχρι σήμερα.
Στον τρέχοντα ιατρικό τομέα, η έρευνα για τα τεχνητά όργανα έχει αναπτυχθεί ενεργά, συμβάλλοντας στην ανάπτυξη διαφόρων τεχνητών οργάνων. Έχουν παρατηρηθεί ορισμένα σημαντικά αποτελέσματα, καθώς ορισμένα από αυτά τα τεχνητά όργανα έχουν μεταμοσχευθεί επιτυχώς σε ασθενείς. Ωστόσο, τα τεχνητά μάτια που θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν εντελώς τα ανθρώπινα, βρίσκονται ακόμη σε ημιτελές στάδιο. Αυτό συμβαίνει επειδή τα ανθρώπινα μάτια είναι ένα από τα πιο εξελιγμένα όργανα του ανθρώπινου σώματος.
Ένα μάτι αποτελείται από κερατοειδή χιτώνα και φακό που διαθλά τις ακτίνες φωτός από το εξωτερικό, ίριδα που ελέγχει την ποσότητα του φωτός που διέρχεται, κόρη όπου εισέρχονται οι ακτίνες φωτός, αμφιβληστροειδή όπου σχηματίζονται εικόνες φωτός και οπτικό νεύρο που μεταδίδει οπτικές πληροφορίες στον εγκέφαλο. Επί του παρόντος, οι έρευνες σε τεχνητά μάτια που χρησιμοποιούν ετερόλογους ιστούς ή κύτταρα ασθενών έχουν φτάσει στο στάδιο της τεχνητής κατασκευής. Αυτό είναι το στάδιο πριν γίνει τεχνητά ολόκληρο το μάτι.
Η πιο πρόσφατη τεχνολογία όσον αφορά τον κερατοειδή χιτώνα κατέχει το Πανεπιστήμιο του Newcastle στο Ηνωμένο Βασίλειο, το οποίο πέτυχε να φτιάξει τον τεχνητό κερατοειδή χρησιμοποιώντας τεχνολογία τρισδιάστατης βιοεκτύπωσης το 2018. Πιο αναλυτικά, η ερευνητική ομάδα παρήγαγε Μικτά Βλαστοκύτταρα που αποτελούνται από κερατοειδή, αλγινικό και αλγινικό άλας και κολλαγόνο, και χρησιμοποίησε έναν τρισδιάστατο βιοεκτυπωτή για να τα εκτυπώσει σε μια μορφή ανθρώπινου κερατοειδούς, που είναι ο πρώτος τεχνητός κερατοειδής στον κόσμο.
Μεταξύ των προσπαθειών κατασκευής τεχνητών ματιών με χρήση ηλεκτρονικών συσκευών, το «Argus II» που αναπτύχθηκε το 2013 από μια αμερικανική εταιρεία Second Sight είναι ένα από τα πιο γνωστά. Αφού έλαβε έγκριση από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ (FDA) το 2013, το Argus II αποδείχθηκε μέσω κλινικών δοκιμών ότι μπορεί να βελτιώσει εν μέρει την ανθρώπινη όραση. Ωστόσο, υπάρχει ένας σαφής περιορισμός καθώς μπορεί να εφαρμοστεί μόνο σε ορισμένους ασθενείς με ορισμένες οφθαλμικές παθήσεις.
Το πιο πρόσφατο και αξιοσημείωτο επίτευγμα που έγινε σε αυτόν τον τομέα έγινε από την ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου της Μινεσότα. Το 2018, η ομάδα πέτυχε να εκτυπώσει έναν υποδοχέα (ένας τύπος αμφιβληστροειδούς) που μπορεί να λάβει φως σε ένα διαφανές ημισφαίριο που έχει σχήμα βολβού του ματιού. Με αυτή την τεχνολογία, ο δέκτης μπορεί να μετατρέψει τα φωτεινά σήματα σε ηλεκτρικά σήματα μέσω φωτοδιόδου και ημιαγωγού. Αν και αυτό το «μάτι» έχει καταφέρει να λαμβάνει και να αναγνωρίζει φωτεινά σήματα με τη βοήθεια τεχνολογιών ημιαγωγών, αναμένεται περαιτέρω βελτίωση για την παραγωγή τεχνητών ματιών που διατίθενται στο εμπόριο.
Ο ρόλος των ημιαγωγών στην υλοποίηση του Smart Eye
Το Smart Eye απαιτεί ημιαγωγούς, όπως και κάθε άλλη ηλεκτρονική συσκευή. Συγκεκριμένα, τα τεχνητά μάτια απαιτούν λογικούς ημιαγωγούς για τον έλεγχο και τη λειτουργία του συστήματος, καθώς και ημιαγωγούς μνήμης για την αποθήκευση δεδομένων που είναι απαραίτητα για την υλοποίηση του συστήματος. Στην περίπτωση των τεχνητών οφθαλμών, ο βασικός μηχανισμός είναι η μετατροπή των φωτεινών σημάτων σε ηλεκτρικά σήματα και η μετάδοσή τους στο οπτικό νεύρο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο ρόλος του αισθητήρα εικόνας CMOS (CIS), ο οποίος τοποθετείται συχνά σε κάμερες ηλεκτρονικών συσκευών για την εκτέλεση παρόμοιων εργασιών, είναι καθοριστικός.
Όπως ο αμφιβληστροειδής των ανθρώπινων ματιών, το CIS είναι ένας ημιαγωγός που μετατρέπει το χρώμα και τη φωτεινότητα του φωτός σε ηλεκτρικά σήματα για να τα παραδώσει στην κεντρική μονάδα επεξεργασίας. Τοποθετημένο σε διάφορους τύπους καμερών, χρησιμεύει ως μάτι για ηλεκτρονικές συσκευές.
Ωστόσο, η τρέχουσα τεχνολογία CIS δεν έχει φτάσει στο επίπεδο των ανθρώπινων οφθαλμών όσον αφορά τα κύρια χαρακτηριστικά. όπως η ανάλυση, η τρισδιάστατη ικανότητα και η ευαισθησία. Ενώ η ανάλυση των ανθρώπινων ματιών είναι 576 megapixel (MP), η υψηλότερη ανάλυση που μπορεί να πραγματοποιήσει αυτή τη στιγμή το CIS είναι μόνο 108Mp. Όταν η φωτεινότητα του περιβάλλοντος αλλάζει ξαφνικά, το CIS είναι επίσης πιθανό να καθυστερήσει στην αποδοχή οπτικών πληροφοριών.
Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες περιοχές όπου το CIS είναι ανώτερο από τα ανθρώπινα μάτια. Το οπτικό πεδίο των ανθρώπινων ματιών είναι περίπου 110 έως 120 μοίρες αριστερά και δεξιά και 150 μοίρες πάνω και κάτω, ενώ το CIS μπορεί να καλύψει μια πλήρη προβολή 360 μοιρών. Έχει επίσης τη δυνατότητα να ξεπεράσει τα όρια των ανθρώπινων ματιών με ορισμένες λειτουργίες, όπως η λειτουργία τηλεφακού που επιτρέπει να βλέπει κανείς αντικείμενα μακριά. Μόλις οι τεχνολογίες CIS φτάσουν στο επίπεδο των ανθρώπινων ματιών όσον αφορά την ανάλυση και την ευαισθησία, μπορούν όχι μόνο να αντικαταστήσουν τα ανθρώπινα μάτια, αλλά και να παρουσιάσουν διάφορες προηγμένες λειτουργίες που δεν μπορούν να υπάρχουν με τα γυμνά μάτια.
Ο Ho-young Cho, Τεχνικός Ηγέτης (TL) στο CIS Marketing Strategy της SK hynix είπε: «Ενώ ο κύριος σκοπός των ανθρώπινων ματιών είναι να αναγνωρίζουν αντί να εμφανίζουν τις συλλεγμένες οπτικές πληροφορίες, το CIS έχει σχεδιαστεί για την εξασφάλιση οπτικών πληροφοριών για την έξοδο. Εάν το CIS μπορεί να αναγνωρίζει στο ίδιο επίπεδο με τα ανθρώπινα μάτια, θα λειτουργήσει επίσης ως συσκευή προβολής που εξάγει τις συλλεγμένες πληροφορίες».
Ο Cho συνέχισε, «Σε αντίθεση με τα ανθρώπινα μάτια, το CIS έχει σχεδιαστεί ως μεμονωμένες μονάδες για διάφορους σκοπούς. Ως αποτέλεσμα, το CIS είναι αποσπώμενο και οι χρήστες μπορούν να εξοπλίσουν διαφορετικά CIS ανάλογα με διάφορες καταστάσεις. Αυτή η ευελιξία θα κάνει την καθημερινότητά μας πιο βολική χωρίς αμφιβολία.”