Об эксперте: Алексей Большаков, заведующий лабораторией функциональных наноматериалов МФТИ.
С каждым днем появляется все больше технологий и носимых гаджетов, которые очень быстро становятся привычными. Одежда с датчиками, часы, обувь — все активно «умнеет», растет рынок IoT. Вскоре могут измениться и носимые оптические устройства — очки и линзы, куда уже давно проникают технологии для создания зрения будущего.
Как развиваются носимые оптические устройства
Во всем мире ухудшается ситуация со зрением. По оценкам ВОЗ, сегодня такие проблемы есть у 2,2 млрд человек, это примерно каждый четвертый житель планеты. Чем больше появляется светового шума вокруг и чем больше человек проводит времени перед экраном, что неизбежно при развитии технологий, тем выше нагрузка на его глаза. К 2050 году с миопией (близорукостью) потенциально будут жить 5 млрд человек.
Растущая потребность в решениях, способных улучшить зрение, в сочетании с развитием технологий сначала привела к трансформации систем внешней коррекции зрения — очков и контактных линз. Стекла очков со временем стали подавлять блики, повышать контрастность изображения, темнеть под солнечными лучами, а в помещении становиться прозрачными. Позднее в классические оптические средства коррекции зрения пришла встраиваемая электроника.
Одна из значимых разработок на этом поле — автофокусные очки, которыми занялся появившийся в 2016 году французский стартап Laclaree. Они автоматически настраиваются на объект, на который смотрит человек. Это решает проблему обычных очковых линз для страдающего пресбиопией (нарушение эластичности хрусталика): чтобы, например, сфокусироваться на объекте сбоку, ему нужно повернуть голову. В автофокусных же очках достаточно просто перевести взгляд.
В продукте Laclaree есть сканер LIDAR, который определяет расстояние до рассматриваемого объекта. А фокус корректируется с помощью системы, управляющей жидкостью внутри линз. Питание идет от батарей, вся электроника спрятана в оправе и добавляет не более 3 г веса. В 2019 году Laclaree привлек €2 млн в seed-раунде, а в 2022-м стал готовиться к коммерциализации продукта.
Похожий продукт в 2019 году начал разрабатывать Стэнфордский университет. Автоматическая смена фокуса обеспечивается работой датчиков отслеживания движения глаз, а также специальной программной системы, управляющей заполненными жидкостью линзами. Для испытуемых устройство получилось более удобным, чем обычные очки, но довольно громоздким, и теперь разработчикам предстоит решить вопросы его объема и веса.
Однако внедрение технологий в носимую оптику не могло остаться только на уровне медицинских решений. Очки и линзы — довольно удобная категория устройств, которые можно сделать более функциональными, не только корректирующими зрение. Так, в 2011 году появились первые Google Glass и начал развиваться рынок AR-очков. Хотя более значимым для отрасли продуктом стали Microsoft HoloLens с автономным компьютером и пространственным сопоставлением: виртуальные объекты гарнитура соотносит с физическими. Перед взглядом пользователя две реальности гармонично соединяются друг с другом.
Сейчас глобальный рынок AR- и VR-очков оценивается в $16,6 млрд и, по прогнозам IMARC Group, в ближайшие десять лет будет ежегодно прибавлять 12%. Его стимулируют высокий интерес современного пользователя к носимым устройствам и возможностям дополненной и виртуальной реальности, развитие этих технологий и внимание к ним международных корпораций.
На смену довольно громоздким моделям вроде упомянутых HoloLens или недавно вышедших Apple Vision Pro постепенно приходят легкие и миниатюрные, как обычные очки. Такие выпустила компания Xreal: модели линейки Air в 2023 году стали самыми продаваемыми потребительскими AR-очками.
При этом AR-очки не только развлекательные устройства. Дополненная реальность проникает и в медицинскую оптику. В конце прошлого года на CES (выставка потребительской электроники) премию получили AR-очки стартапа Cellico, которые помогают пациентам с нарушениями зрения. Камера с высоким разрешением снимает картинку перед пациентом, и очки на программном уровне ее обрабатывают, чтобы показать то, чего он не видит. Например, что находится за пятном, возникшим в поле зрения из-за заболеваний сетчатки.
Но очки не единственная носимая оптика, в которую внедряются технологии. Помимо них постепенно появляется все больше разработок в отношении контактных линз. Как и очки, они могут стать и «умным» медицинским девайсом, и устройством, расширяющим возможности взгляда благодаря AR и VR.
Как «умнеют» контактные линзы
По оценкам Global Market Insights, в 2022 году размер глобального рынка «умных» контактных линз составлял $329,5 млн, а на ближайшие десять лет аналитики предсказали ему ежегодный прирост на 15,2%. В первую очередь речь идет о продуктах, предназначенных для здоровья. Их можно разделить на два основных сегмента.
Первый сегмент — это контактные линзы, позволяющие контролировать внутриглазное давление при глаукоме, а также по необходимости доставлять в организм лекарство. Такой подход может сделать лечение более индивидуальным и снизить вероятность побочных эффектов у пациента.
Например, стартап Smartlens предлагает miLens — мягкие контактные линзы (МКЛ), измеряющие внутриглазное давление. В 2023 году клинические исследования продукта продемонстрировали положительные результаты. Линзы miLens не только не вызывали дискомфорта у участников исследования, но и показали высокую точность измерения внутриглазного давления, сопоставимую с аппланационной тонометрией Гольдмана (так называемый золотой стандарт). Прошлым летом Smartlens закрыл раунд А на $6,1 млн: средства пойдут на получение нормативного разрешения на выпуск линз.
Кроме того, разработкой «умных» линз для страдающих глаукомой занимаются университет POSTECH и стартап BVS Sight. Последнему удалось создать новый класс МКЛ с тонким и эластичным датчиком, их можно носить даже ночью.
Второй значимый сегмент — это «умные» линзы для диабетиков, позволяющие отслеживать уровень сахара в крови. Мониторинг происходит постоянно: линза получает «данные» из слезной жидкости на поверхности глаза. Результаты измерений передаются на смартфон, при любых колебаниях сахара приходят уведомления. Проведенные исследования показывают, что точность измерения глюкозы через «умную» линзу и через глюкометр одинакова.
Помимо этого, при ношении «умных» линз можно лечить и диабетическую ретинопатию — повреждение сетчатки, которое может стать причиной слепоты. Через линзу в глаз могут вводиться лекарственные препараты.
В 2014 году над линзами для диабетиков начала работать Alphabet (Google) вместе с Alcon, но спустя четыре года разработку приостановили. Сейчас работой над «умными» линзами для диабетиков занимается компания POSTECH вместе с учеными Стэнфордского университета: им удалось преодолеть ряд проблем, связанных с коррозией датчиков и недостаточностью постоянного объема слез на поверхности глаза. Но о массовом выпуске линз пока речи не идет.
Кроме того, на рынке «умных» линз появляются устройства с дополненной реальностью — как AR-очки и AR-шлемы, только не громоздкие. Один из самых известных продуктов в этом направлении — линзы компании Mojo Vision, разработка которых началась в 2015 году. На реальное изображение перед глазами они могут накладывать AR-слой с навигатором, данными о здоровье в текущий момент, подсказками, напоминаниями. Управление системой происходит при помощи движения глаз.
В 2022 году прототип этих линз примерил глава компании Дрю Перкинс. Дальше планировались долгие испытания на добровольцах, оптимизация продукта и системы. Но в начале 2023-го стало известно, что Mojo Vision останавливает проект и фокусируется на микросветодиодных дисплеях. Компании не удалось найти инвестиции для продолжения работы над «умными» линзами.
В прошлом году дубайская компания Xpanceo привлекла $40 млн на разработку «умных» контактных линз, которые соединят в себе расширенный мониторинг здоровья и дополненную реальность. С одной стороны, гаджет будет отслеживать состояние здоровья, включая уровень глюкозы, артериальное давление, кортизол и иные показатели. С другой — эти линзы заменят прочие гаджеты единым устройством, создающим перед глазами бесконечный виртуальный экран. Тем самым у человека значительно сократится общее время перед обычным экраном.
При этом устройство должно стать таким же невесомым и практически незаметным, как обычные МКЛ, лишенные электроники. На данный момент компания презентовала четыре рабочих прототипа — это голографическая «умная» контактная линза, биосенсорная линза, линза с наночастицами для суперзрения и прозрачная линза для электроники.
Ограничения для выпуска «умных» линз
Несмотря на большое количество многолетних активных разработок, пока появлению «умных» линз как массового продукта мешают несколько моментов.
Во-первых, технологические ограничения. Создание линз со встроенной электроникой и дисплеями — сложная техническая задача. Необходимо миниатюризировать все компоненты и обеспечить их работоспособность в условиях носки контактных линз. Сделать это, используя старые подходы и технологии, будет сложно. Рынок находится на стадии поиска решений, одно из них — использование материалов нового поколения, которые позволят встроить самую сложную технику в линзу, не делая ее громоздкой.
Во-вторых, энергетические требования. «Умные» линзы требуют источника питания для работы встроенных компонентов, таких как дисплеи или сенсоры. Обеспечение удобства использования и безопасности энергоснабжения в контактных линзах — один из основных технических вызовов.
В прошлом году сингапурским ученым удалось разработать гибкую батарею из биосовместимых материалов, которая могла бы питать «умные» линзы. Но это лишь капля в море задач, связанных с поиском и разработкой подходящих материалов.
И конечно, «умные» линзы должны быть комфортными и безопасными для носки. Этот вопрос возникает даже в отношении обычных МКЛ, а добавляющаяся электроника увеличивает риски. Стартапам нужно искать материалы нового поколения, которые не будут создавать дискомфорт и риск повреждения глаза.
Тренды ближайших лет
Активное развитие технологий в оптике в ближайшие годы продолжится, и не только в разрезе продуктов для здоровья. Будет расти количество очков и линз, не нацеленных на «умную» коррекцию зрения, а представляющих собой новый класс носимого функционального гаджета, как условные Apple Watch.
И преимущественно развиваться будут именно линзы — как наиболее легкое, незаметное и удобное устройство в отличие от достаточно громоздких очков, с которыми, например, труднее заниматься спортом и которые впишутся не в каждый образ.
Сейчас основной задачей стартапов будет не столько сразу сделать девайс с большим количеством возможностей, сколько собрать продукт из биосовместимых материалов, которые не навредят глазу. Именно вопросы безопасности, а также удобства — ключевой барьер для развития этого сегмента рынка.
После решения этих вопросов интеллектуальные линзы приблизят человека к возможности без громоздкого шлема или гарнитуры на лице получать информацию об объектах перед собой, строить навигацию, работать с документами, отслеживать показатели здоровья. Процесс будет ускоряться по мере прихода на рынок крупных игроков.
И с высокой вероятностью постепенно медицинские опции (улучшение зрения и контроль связанных с ним показателей) в интеллектуальных линзах будут сливаться с функциональными возможностями обычного цифрового устройства.
В итоге появится гаджет нового уровня: легкий, незаметный, управляемый голосом, жестами или взглядом. А в перспективе, возможно, и силой мысли, посредством встроенных в «умную» линзу нейроинтерфейсов.
Биосенсоры «умной» линзы будут собирать информацию о состоянии организма через анализ слезной жидкости и отслеживание других параметров и давать рекомендации по образу жизни в режиме реального времени.
Алгоритмы на базе ИИ и ML обеспечат ночное видение, цветокоррекцию и возможность масштабировать картинку перед глазами (одиночно такой механизм предлагали исследователи Калифорнийского университета). И к этому добавятся опции взаимодействия с разным контентом в XR-формате.
Одиночно все эти технологии уже так или иначе появляются. Теперь предстоит самое сложное — совместить их в одной линзе и сделать ее комфортной и безопасной.