美科学家研制显示器功能隐形眼镜 现实与虚拟结合

李山

2009年11月30日13:19  来源:《科技日报》

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    日前,美国华盛顿大学的科学家巴巴克·帕尔维兹带着他的研究成果——具有显示器功能的隐形眼镜,参加了在北京举的电子电气工程师协会生物医学电路与系统会议(IEEE BioCASE 2009)。这项可将虚拟世界叠加在真实景象之上的最新技术,可望给用户带来前所未有的奇妙体验。 

  全球最小的个人显示器

  美国科学家研制的这款可戴在眼中的显示器,把显示器与隐形眼镜巧妙地结合在了一起。他在隐形眼镜里构建了一个微小的LED显示屏,可将移动电子设备的图像和文字直接投射到眼镜里,从而摆脱了笔记本电脑、手机和PDA等移动信息设备的局限性。帕尔维兹希望,该设备能将大量图像呈现在用户眼前50厘米至100厘米的距离,让虚拟世界里的各类信息在现实视野所及之处就能一览无遗。

  在研制过程中,如何使用对眼睛无害的材料来制作电路并将之与隐形眼镜结合,成为研究人员面对的一个很大的挑战。擅长运用纳米生物技术与纳米组装技术制造微小电子器材的帕尔维兹专门设计了一组特殊的电路元件,并创造性地利用毛细作用进行电路的组装,成功解决了这一难题。针对用来制作隐形眼镜的聚合物不能承受高温以及微细加工所用的化学品的情况,他把直径仅1/3毫米的LED等专门设计的电路元件预先安装在具有生物相容性的有机基板上。在隐形眼镜的表面则先用金属线做成电路,并蚀刻出与每一个元件形状相容的孔洞,然后让液体在隐形眼镜的表面扩散,并将这些自由竖立的元件放置到液体中。在毛细作用力下,元件根据本身形状嵌入到镜片表面相应的槽隙中,完成了细微电路的自我组装过程。

  科学家面临的另一项考验是如何为隐形眼镜内的微型LED提供电力。帕尔维兹起初设计了两种方式:一种是通过在隐形眼镜上安装天线,然后接收无线电波来产生能量;另一种则是使用光电电池。经过几个月的研究,科学家最终选择了前者,并获得了成功。不过,帕尔维兹仍然需要继续改善信息和电力的传递,他希望将来这二者都通过手机来供应。

  英国《卫报》在2008年的报道中就对这个当时尚在研制过程中的带有电子电路与发光二极管(LED)的隐形眼镜大加赞赏,认为这项研究一旦成功,将是全球最微小的个人显示器。

  将现实与虚拟相结合的巨大进步

  任何科学技术的进步都有一个积累的过程,个人显示器的发展也不例外。

  早在1968年,美国国防部高级研究计划署(ARPA)信息处理技术办公室主任伊凡·萨瑟兰德在麻省理工学院的林肯实验室研制出第一个头盔显示器——“达摩克里斯之剑”。这个采用阴极射线管的头盔显示器第一次扩展了人们的虚拟视野,用户能看到叠加在真实环境之上的线框图。后来该技术被广泛应用于战斗机飞行员的头盔和虚拟现实设备中。

  此后,科学家们一直在不断改进这种显示器,以使它变得更轻巧,图像更清晰。到了2009年6月,德国弗劳恩霍弗光学微系统研究所的科学家研制出了眼镜显示器。科学家们把一个CMOS传感器和一个微型的OLED投影置入到一块很小的芯片中,然后把这个芯片安装到眼镜框上。接收到指令后,微型OLED投影会将图像投射到佩戴者的视网膜上,从而让佩戴者看到高分辨率和高清晰度的图像,并感觉到图像就在距离自己1米远处。该芯片还附带目光追踪功能,能通过追踪佩戴者的眼球位置,确定佩戴者指令,大大增强了显示器的互动性。

  而现在,帕尔维兹运用纳米技术开发出了能戴在眼睛里的显示器。这一微型显示器的应用前景十分广阔。在所谓的增强现实领域,即所有需要辅助信息的地方,例如导航箭头、建筑物的描述、图形操作说明或语言翻译等,都可以得到广泛应用。对此,新西兰坎特伯雷大学评估增强现实的专家马克·比林赫斯特说:“一个隐形眼镜将现实世界与虚拟图形无缝地衔接起来,这是一个巨大的进步。尽管这一想法要实现商业化还有待时日,但这个原型是在这个方向上迈出的重要一步。”

(责任编辑:乔舟(实习))
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