智能隱形眼鏡視覺新體驗

杭蘇

“谷歌眼鏡”是谷歌公司開發(fā)的一款“小而強大”的智能眼鏡，包含了很多高科技，包括藍牙、Wi-Fi、揚聲器、照相機、麥克風、觸摸盤和幫助你探測傾斜度的陀螺儀。眼鏡外觀類似一個環(huán)繞式眼鏡，其中一個鏡片和你手指大小類似、具有微型顯示屏的功能。眼鏡可將信息傳送至鏡片，并且允許穿戴用戶通過聲音控制收發(fā)信息。

谷歌眼鏡看似所有的設計都非常貼近使用，盡量不影響到日常生活。這種想法雖然不錯，但事實上，佩戴谷歌眼鏡時，用戶右眼球必須看著視野右上方的投影儀，才能看清楚數據與文字，這樣可能會造成用戶注意力分散，帶來潛在的危險。另外，谷歌眼鏡已經在多個公共場合被禁止使用，比如某些酒吧和餐廳，而在公共場合使用谷歌眼鏡的用戶甚至得到了“眼鏡混蛋”的不雅稱呼。

“谷歌眼鏡”過時了

“谷歌眼鏡”甚至在投入市場前就已經過時，因為去年谷歌公司就已經申請了“智能隱形眼鏡”的專利，谷歌公司承諾“智能隱形眼鏡”將與“谷歌眼鏡”具備同樣的功能：人臉識別、導航拍照等。卻沒有配戴的累贅，甚至還將擁有一些其他功能，如測量淚液中的生物標記、檢測糖尿病患者體內葡萄糖的含量等。

創(chuàng)造這一奇跡的，就是近十年來人們熱議的新材料石墨烯，石墨烯發(fā)現于2004年，是由碳原子組成六角型的單層薄膜，比紙薄100萬倍。石墨烯的蜂巢結構，使它成為全世界最堅硬的材料。一經問世，廣受推崇與關注，而且每年人們都會為這種納米材料找到新的優(yōu)異特性：極薄、堅固、導電、導熱、自動降溫、柔韌、透明、對紫外線到紅外線之間的光都具有感光性……尤其，石墨烯在電子、信息、能源、機械、生物技術以及成像技術等六大科研領域都將產生革命性的影響。這是一種只有一個原子厚度的極薄純碳材料，具備不可思議的優(yōu)點：極其堅固卻不缺乏柔軟度，透明、輕盈、能夠將所有的光線（從紫外線到遠紅外線）轉化為電流，且導電性能極佳。

“超強視覺”的隱形眼鏡

迄今一直存在一個很大的障礙：石墨烯在光線刺激下只能產出很少量的電，主要是因為光線刺激下產生的電子運動，大部分幾乎在出現的同時就消失了，前后還不到十億分之一秒，這意味著研究人員沒有足夠的時間來收集和引導這些電子運動用以生產電流。

改變波段結構、表面等離子體……所有嘗試留住電子的方案雖然看似巧妙、富有想象力，但實際效果都差強人意。一些方案達到了每瓦若干毫安的光譜靈敏度，然而工業(yè)應用所要求的靈敏度需要達到上述強度的1 000倍。另一些方案則會使石墨烯所吸收光線的光譜范圍減小，即影響這個光線探測器的工作效率。還有一種方案要求將溫度維持在-120℃，因此應用范圍也很受局限。

不過現在科學家終于找到了解決辦法。他們在兩層石墨烯中間夾入一層半導體硅。當光線射在上層石墨烯上使其釋出電子，從而產生電場，而電場則會干擾下層石墨烯中流過的電流。測量這一干擾，就可以推算出探測器接收到的光照量。

科學家采用這一設計，終于能把石墨烯實際運用到光電設備中，并能繼續(xù)保持其有利特性。其中應用紅外探測，立刻引起了研究人員的興趣：目前的紅外探測技術極為有限?，F存的儀器都只能在極端低溫下才能運行，這意味著需要累贅又昂貴的制冷系統(tǒng)，因此在應用方面僅限于笨重的軍用望遠鏡或尖端科技設備。此外，這些探測器只對一部分紅外線敏感，這就在提供的信息量上打了折扣。不過，石墨烯探測器解決了所有這些問題：它只有幾毫米長、幾微米厚、透明柔韌、不需要任何制冷設備、能吸收所有波段的紅外線……有此神器，使得一個長久以來似乎無法實現的夢成為了可能：用紅外線隱形眼鏡在夜里看清東西。具體來說，石墨烯探測器將被內嵌于隱形眼鏡的環(huán)瞳孔區(qū)域中，而將探測到的視覺信息傳送到瞳孔前的小屏幕上。

邁向“智能隱形眼鏡”的時代

士兵、消防員或者其他救援人員很可能是這項技術的最先受益者。若要讓所有人都能在夜晚猶如在白晝一般看清東西，實現這一設想并不難，谷歌公司的“智能隱形眼鏡”配有一個攝像機和一塊屏幕。不過，像電路、屏幕和攝像設備的微型化問題仍有待解決。

如果不久的將來科學家能找到一種比硅的導電性能更好的物質放到兩層石墨烯中間，探測器的敏感度無疑能進一步加強。最后，還要想法設法在眼鏡上形成高清圖像。感光元件方面首先就有瓶頸需要突破：目前研究人員只獲得了很小的像素，距離需要的1 000萬到2 000萬像素差很遠。不過，科學家已經開發(fā)出了一種半透明可彎曲的屏幕，目前主要障礙在于如何給這樣一個屏幕供電？消費者真正擁有測量生物標記的“智能隱形眼鏡”有望在10年內實現，而內置攝像機和屏幕的設備則還需要等待20年時間。