لنزهای تماسی هوشمند (Smart Contact Lenses) یکی از نوآوری‌های برجسته در فناوری‌های پوشیدنی هستند که امکانات پیشرفتهای نظیر حسگری زیستی، نمایش اطلاعات در واقعیت افزوده (AR) و دارورسانی کنترل‌شده را فراهم می‌آورند. این فناوری که ابتدا به‌منظور اصلاح بینایی طراحی شده بود، اکنون در زمینه‌های پزشکی، صنعتی و سرگرمی کاربردهای متنوعی یافته است. این مقاله از مجله تکنولوژی لیپک به بررسی جامع آخرین پیشرفت‌ها، فناوری‌ها و کاربردهای لنزهای تماسی هوشمند می‌پردازد و چالش‌های فنی، زیستی و نظارتی آنها را نیز مورد تحلیل قرار می‌دهد.
لنزهای هوشمند که به‌عنوان لنزهای تماسی الکترونیکی یا دیجیتال نیز شناخته می‌شوند، همگرایی میکروالکترونیک، علم مواد و بیوتکنولوژی را نشان می‌دهند. این لنزها با قطعات الکترونیکی مینیاتوری که در ساختار آنها تجهیز شده می‌توانند طیف وسیعی از عملکردها را فراتر از اصلاح بینایی انجام دهند.
طراحی این لنزها معمولاً شامل ادغام اجزای مختلف از جمله میکروسنسورها، ریزپردازنده‌ها، ماژول‌های ارتباط بی‌سیم و منابع تغذیه می‌شود. این اجزا که درون ماده لنز تعبیه شده یا روی سطح آن قرار گرفته‌اند، راحتی، ایمنی و عملکرد را تضمین میکنند. عوامل زیر تأکیدی بر اهمیت و ارتباط لنزهای هوشمند هستند:
توسعه لنزهای تماسی هوشمند از زمان معرفی لنزهای تماسی سنتی در اواخر قرن نوزدهم آغاز شد و با پیشرفتهای فناوری در قرن بیست‌ویکم شتاب گرفت. جدول زمانی زیر مراحل کلیدی این پیشرفت را نشان می‌دهد:
| سال | نقاط کلیدی | تأثیرگذاری | |
| 1888 | ساخته شدن اولین لنزهای تماسی شیشه‌ای توسط آدولف فیک | پایه‌گذاری مفهوم لنزهای تماسی | |
| 1948 | معرفی اولین لنزهای پلاستیکی توسط کوین توهی | افزایش راحتی و پذیرش عمومی | |
| 1971 | توسعه لنزهای هیدروژل توسط اوتو ویکترله | بهبود نفوذپذیری اکسیژن و راحتی | |
| 2014 | معرفی لنزی با حسگر گلوکز برای نظارت بر دیابت توسط گوگل | آغاز کاربردهای پزشکی SCLs (لنزهای تماسی نرم) | |
| 2016 | توسعه لنزهای دارورسان برای آزادسازی کنترل‌شده دارو توسط دانشگاه هاروارد | گسترش کاربردهای درمانی | |
| 2018 | معرفی لنزی با نمایشگر MicroLED برای AR (واقعیت افزوده) توسط Mojo Vision | ورود SCLs (لنزهای تماسی نرم) به حوزه دیجیتال | |
| 2020 | آزمایش لنزهایی با حسگرهای فشار داخل چشمی و گلوکز | تنوع در کاربردهای پزشکی | |
| 2022 | توسعه لنزی با کنترل مبتنی بر حرکات چشم توسط Mojo .Vision | بهبود تعامل کاربر با فناوری | |
| 2024 | آزمایش SCLs (لنزهای تماسی نرم) با اتصال اینترنت اشیا (IoT) برای نظارت بلادرنگ | امکان اتصال پیشرفته و تحلیل داده‌ها | |
اصول طراحی این لنزهای هوشمند بر تضمین راحتی، ایمنی و عملکرد در عین ترکیب با اجزای الکترونیکی پیچیده تأکید دارد که شامل موارد زیر می‌شود:
انتخاب مواد و تکنیک‌های ساخت نقش مهمی در تعیین عملکرد، راحتی و زیست‌سازگاری لنزهای تماسی هوشمند دارد. معمولاً از چندین ماده کلیدی و روش‌های ساخت برای ساخت این لنزها استفاده می‌شود.
ادغام قطعات الکترونیکی در لنزهای تماسی هوشمند نیازمند بررسی دقیق طراحی، مواد و تکنیک‌های ساخت است تا سازگاری با فیزیولوژی چشم و عملکرد نوری تضمین شود. قطعات الکترونیکی کلیدی که معمولاً در لنزهای هوشمند ادغام می‌شوند عبارتند از:
بشتر بخوانید: انواع ربات‌های هوشمند پیشرفته
زیست‌سازگاری در طراحی لنزهای تماسی هوشمند اهمیت زیادی دارد و به هماهنگی آنها با بافت‌های چشمی و کاهش خطر واکنش‌های نامطلوب کمک می‌کند. عوامل مؤثر بر زیست‌سازگاری شامل موارد خاصی هستند:
این بخش به اجزای اصلی تکنولوژیکی مانند میکروالکترونیک و حسگرها، ماژول‌های ارتباط بی‌سیم و منابع انرژی با تمرکز بر مدیریت انرژی که قابلیت‌های لنزهای تماسی هوشمند را ممکن می‌سازند، می‌پردازد. 3 جزء کلیدی ادغام شده در لنزهای تماسی هوشمند شامل میکروالکترونیک، حسگرها، ماژول‌های ارتباط بی‌سیم و منابع انرژی می‌شود.
میکروالکترونیک و حسگرها اجزای اساسی لنزهای تماسی هوشمند هستند که آنها را قادر به جمع‌آوری، پردازش و انتقال داده‌ها میکنند. اجزای کلیدی میکروالکترونیک شامل میکروکنترلرها و پردازنده‌ها می‌شوند. میکروکنترلرها به‌عنوان مغز لنزهای تماسی هوشمند عمل کرده و الگوریتم‌های کنترل را اجرا و داده‌های حسگر را پردازش میکنند. این دستگاه‌های محاسباتی مینیاتوری برای مصرف کم انرژی و اندازه جمعوجور بهینه شده‌اند و ادغام یکپارچه در طراحی لنز را تسهیل میکنند.
از سوی دیگر حسگرها برای تشخیص و اندازه‌گیری پارامترهای فیزیولوژیکی، شرایط محیطی و نشانگرهای زیستی در لنزهای هوشمند تعبیه شده‌اند. نمونه‌هایی از حسگرهایی که معمولاً در لنزهای تماسی هوشمند استفاده می‌شوند عبارتند از:
ماژول‌های ارتباط بی‌سیم، لنزهای هوشمند را قادر می‌سازند تا داده‌ها را به دستگاه‌های خارجی مانند گوشی‌ها، تبلت‌ها یا گجت‌های پوشیدنی منتقل کنند. فناوری‌های ارتباط بی‌سیم رایج عبارتند از:
منابع تغذیه و سیستم‌های مدیریت انرژی برای تضمین عملکرد قابل اعتماد و پایدار لنزهای هوشمند بسیار مهم هستند.
لنزهای هوشمند به عنوان پلتفرم‌های همه‌کاره با کاربردهای امیدوارکننده در مراقبت‌های بهداشتی ظهور کرده‌اند و راه‌حل‌های جدیدی را برای نظارت مداوم، تشخیص و دارورسانی ارائه می‌دهند.
این بخش سه کاربرد کلیدی لنزهای تماسی هوشمند در مراقبت‌های بهداشتی را بررسی می‌کند: نظارت مداوم بر گلوکز، تشخیص و نظارت چشمی و سیستم‌های دارورسانی.
در حالی که لنزهای تماسی هوشمند یک راه‌حل امیدوارکننده و غیرتهاجمی برای پایش مداوم گلوکز (CGM) ارائه می‌دهند اما با چالش‌های متعددی در رابطه با قابلیت اطمینان حسگر در تشخیص دقیق سطح گلوکز در مایع اشک روبه‌رو هستند.
غلظت گلوکز در اشک به‌طور قابل توجهی کمتر از خون است که می‌تواند حساسیت حسگر را کاهش و احتمال قرائت‌های نادرست را افزایش دهد. همچنین همبستگی دقیقی بین غلظت گلوکز اشک و خون در شرایط فیزیولوژیکی مختلف وجود ندارد، که بر قابلیت اطمینان داده‌ها تأثیر می‌گذارد. این تفاوت اندازه‌گیری دقیق سطح گلوکز خون از طریق تحلیل اشک را دشوار کرده و کارایی CGM (پایش مداوم قند خون) در لنزهای هوشمند را محدود می‌کند.
علاوه‌بر این ترکیب مایع اشک تحت‌تأثیر رطوبت، دما و رفتارهای چشمی مانند پلک زدن و تولید اشک قرار می‌گیرد که می‌تواند نوساناتی در خوانش‌های حسگر گلوکز ایجاد کند و احتمال خطا را افزایش دهد. با وجود پیشرفتهای حسگرهای الکتروشیمیایی و آنزیمی، هنوز نیاز به روش‌ها و الگوریتم‌های کالیبراسیون قوی‌تری برای تنظیم این متغیرها وجود دارد.
بیشتر بخوانید: عینک واقعیت مجازی
استفاده از لنزهای هوشمند برای تشخیص مشکلات چشمی، چالش‌هایی در زمینه قابلیت اطمینان حسگرها ایجاد می‌کند، به‌ویژه در اندازه‌گیری فشار داخل چشم و شناسایی نشانگرهای زیستی در مایع اشک.
حسگرهای IOP در لنز هوشمند باید حساسیت بالایی داشته باشند تا تغییرات جزئی در فشار را برای نظارت بر گلوکوم شناسایی کنند. اما حفظ دقت در قرائت‌های IOP به‌دلیل نوسانات ناشی از حرکت چشم، فشار پلک و تغییرات ضخامت لایه اشک چالش‌برانگیز است. این عوامل می‌توانند بر نتایج حسگر تأثیر بگذارند و نیاز به کالیبراسیون و اعتبارسنجی منظم دارند.
وقتی صحبت از تشخیص نشانگرهای زیستی برای بیماری‌های چشمی می‌شود، قابلیت اطمینان حسگرها به شدت به ویژگی و حساسیت حسگرهای زیستی ادغام شده در لنز تماسی بستگی دارد. مایع اشک شامل پروتئین‌ها و آنزیم‌های پیچیده است و غلظت پایین نشانگرهای زیستی می‌تواند شناسایی سیگنال‌ها را دشوار کند. همچنین عوامل محیطی و تغییرات در ترکیب لایه اشک می‌توانند بر ثبات تشخیص تأثیر گذاشته و احتمال نتایج مثبت کاذب یا تشخیص‌های نادرست را افزایش دهند.
لنزهای هوشمند امکان دارورسانی هدفمند به سطح چشم را فراهم میکنند و دوزبندی دقیق و آزادسازی پایدار داروهای درمانی را برای بیماری‌های چشمی میسر می‌سازند. با ادغام مخازن دارو یا کانال‌های میکروفلوئیدیک، این لنزها می‌توانند داروها را مستقیماً به بافت‌های چشمی منتقل کرده و عوارض جانبی سیستمیک را کاهش دهند.
این سیستم‌های یکپارچه مزایای زیادی نسبت به روش‌های سنتی دارند، از جمله ماندگاری طولانی‌مدت دارو، افزایش فراهمی زیستی و بهبود رضایت بیماران. علاوه‌بر این لنزهای تماسی هوشمند با ویژگی قابل برنامه‌ریزی خود، امکان ایجاد رژیم‌های دارورسانی شخصی‌سازی‌شده را بر اساس نیازهای هر بیمار فراهم میکنند.
لنزهای تماسی هوشمند فراتر از مراقبت‌های بهداشتی، قابلیت‌های زیادی برای ارتقای ادراک و بهبود توانایی‌های بصری از طریق فناوری‌های واقعیت افزوده (AR) دارند.
ادغام فناوری‌های میکرودیسپلی یکی از عناصر کلیدی تجربه واقعیت افزوده در لنزهای تماسی هوشمند است. این میکرودیسپلی‌ها تصاویر دیجیتال را مستقیماً بر روی شبکیه چشم کاربر نمایش می‌دهند و محتوای مجازی را با محیط واقعی ترکیب میکنند.
لنزهای تماسی هوشمند مجهز به قابلیت‌های واقعیت افزوده، تجسم اطلاعات، داده‌ها و اعلان‌های متنی را به‌صورت بلادرنگ در میدان دید کاربر امکان‌پذیر میکنند.
توسعه لنزهای تماسی هوشمند با چالش‌ها و فرصت‌های زیادی همراه است که در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت.
چالش اصلی در پذیرش لنزهای هوشمند، عبور از مراحل نظارتی و تضمین ایمنی و اثربخشی آن‌هاست. سازمان‌های نظارتی مانند FDA و EMA الزامات سخت‌گیرانه‌ای برای این محصولات تعیین کرده‌اند که شامل دریافت مجوز و انجام آزمایش‌های بالینی می‌شود.
نگرانی‌های ایمنی شامل خطر سوزش چشم، واکنش‌های آلرژیک و عفونت‌های ناشی از استفاده طولانی‌مدت است. همچنین تضمین زیست‌سازگاری و استریل بودن لنزها از اهمیت بالایی برخوردار است. برای غلبه بر این موانع همکاری نزدیک بین صنعت، سازمان‌های نظارتی و متخصصان بهداشت ضروری خواهد بود.
علیرغم پیشرفتهای قابل توجه، لنزهای هوشمند هنوز با چندین محدودیت تکنولوژیکی و زمینه‌های بهبود مواجه هستند:
با نگاهی به آینده، لنزهای تماسی هوشمند نویدبخش انقلابی عظیم در مراقبت‌های بهداشتی، ارتباطات و تعامل انسان و کامپیوتر هستند:
در جدول زیر، چند نمونه از بهترین لنزهای هوشمند جهان با یکدیگر مقایسه شده‌اند.
| نام محصول | شرکت سازنده | کاربرد اصلی | ویژگی‌های فنی | وضعیت |
| Google Lens | نظارت بر گلوکز | حسگر گلوکز، تراشه بی‌سیم | در حال توسعه | |
| Mojo Vision Lens | Mojo Vision | واقعیت افزوده | نمایشگر MicroLED، کنترل حرکات چشم | نمونه اولیه |
| Samsung Lens | Samsung | فیلم‌برداری | دوربین، سنسورهای حرکتی | در حال توسعه |
| Harvard Drug-Delivery Lens | Harvard | دارورسانی | مواد زیست‌سازگار، آزادسازی کنترل‌شده | آزمایشگاهی |
| Sensimed Triggerfish | Sensimed | نظارت بر گلوکوم | حسگر فشار داخل چشمی | تجاری |
لنزهای تماسی هوشمند با ادغام فناوری‌های پیشرفته و کاربردهای گوناگون در حال بازتعریف تعامل انسان با فناوری و بهداشت هستند. این لنزها که از مواد زیست‌سازگار، حسگرهای زیستی و نمایشگرهای واقعیت افزوده بهره می‌برند، به ابزارهای قدرتمندی برای مراقبت‌های بهداشتی، آموزش و سرگرمی تبدیل شده‌اند. هرچند چالش‌های فنی، زیستی و نظارتی همچنان مانع از تجاری‌سازی گسترده آنها می‌شود اما انجام تحقیقات بیشتر، همکاری میان صنعت و نهادهای نظارتی و سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نوین می‌تواند به حل این موانع کمک کند.
لنزهای تماسی هوشمند نه‌تنها وظیفه بینایی را بر عهده دارند، بلکه قادر به انجام عملیات پیشرفتهای همچون انتقال داده، نظارت بر سلامت و بهبود دید نیز هستند. این لنزها به سنسورها، تراشه‌ها و ارتباطات بی‌سیم مجهز شده‌اند که آنها را از لنزهای معمولی متمایز می‌سازد.
کاربردهای این لنزها شامل پایش مداوم سلامت چشم، نمایش اطلاعات در حین فعالیت‌های روزمره، کمک به افراد دارای مشکلات بینایی و قابلیت‌های گرافیکی و واقعیت افزوده می‌شود.
فناوری‌هایی مانند سنسورهای بی‌سیم، تراشه‌های میکروالکترونیکی، باتری‌های نیرومند، فناوری‌های حسگر نوری و پردازش داده‌های کارآمد در توسعه این لنزها کاربرد دارند.
لنزهای هوشمند از مزیت‌های فراوانی مانند سازگاری بهتر با بدن، دید کامل و طبیعی، کاهش وزن و حجیم نبودن و قابلیت استفاده بدون نیاز به قاب‌های بزرگ برخوردارند.
برخی چالش‌ها شامل محدودیت‌های باتری، ایمنی چشم و عدم آلرژی، حفظ حریم خصوصی داده‌ها و مشکلات مربوط به راحتی و نصب کردن آنان می‌شود.
انتظار می‌رود در آینده، این لنزها قابلیت‌های پیشرفته‌تری مانند واقعیت افزوده کامل، پایش سلامت دقیق‌تر و امکانات‌های چندوظیفه‌ای ارائه دهند و نقش مهمی در حوزه‌های پزشکی، فناوری و ارتباطات ایفا کنند.
منبع: sciencedirect.com