3D打印的智能隐形眼镜为增强现实眼部导航提供新可能

2023年2月22日，南极熊获悉，一组来自韩国电工技术研究院（KERI）和蔚山国家科学技术研究院（UNIST）的科研人员宣称，他们开发了一种基于低功率单色显示器的3D打印智能隐形眼镜的核心技术。这项被视为创新的技术，可以作为增强现实工具，如实时导航。研究成果已发表在Advanced Science杂志上。

△基于3D打印技术的智能隐形眼镜原型可通过Arduino Uno进行图像控制

Seol Seung-Kwon 博士和他的团队表示："我们的成就在于发展了能够在非平面基板上打印功能性微图案的3D打印技术，使得先进的智能隐形眼镜商业化成为实现增强现实的可能。这将极大地推动增强现实设备的小型化和多功能化。”

△该团队的论文题目为“普鲁士蓝智能电致变色显示器的Meniscus-Guided微打印”（传送门）

为什么要使用普鲁士蓝（PB）墨水？
使用节能电致变色(EC)显示器在增强现实的智能设备中应用可实现成本效益、制造方便和高效操作。然而，普鲁士蓝(PB)作为一种具有独特电致变色(EC)特性的金属有机配位化合物，由于微图案化困难，限制了其在EC显示中的应用。

为了解决PB微图案化困难的问题，这项工作提出了一种基于微打印的新策略，使用FeFe(CN)6的局部结晶在由酸性铁氰化物墨水菲林限制的基板上，随后在 120°C 的热还原下形成PB图案。

通过控制FeCl3K3Fe(CN)6浓度、打印速度和移液器内径等打印参数，可以获得一致的PB图案。使用0.1 M KCl (pH 4)电解液，通过200次CV循环，可以获得结果一致的3D打印PB图案且重复地转化为普鲁士白（CV 电势范围：0.2-0.5 V）。

概括的说，PB基电致变色(EC)显示器集成到智能隐形眼镜中后，可以通过获取GPS坐标为观看者提供实时方向导航。通过本研究提出的简单PB微图案制备方法，可用于制备高级EC显示器和各种其他功能设备。

△使用液滴控制的微型打印技术，可以在受限制的区域内制造出均匀的普鲁士蓝图案

用于增强现实的3D打印智能隐形眼镜
研究人员表示，智能隐形眼镜是增强现实设备的“黄金标准”。与通常的笨重眼镜或最近发布的夹式单片眼镜设计不同，它不需要微型显示器和复杂的光学器件，而是可以轻松地放在眼睛表面并覆盖用户的视野。

因此，这项技术的难点在于开发足够薄且功耗极低的智能镜头，而该团队的3D 打印技术正是解决这一问题的利器。研究人员展示了在智能隐形眼镜镜片上打印普鲁士蓝墨水微图案的能力，这些图案会在溶剂蒸发后进一步结晶。

研究人员测试发现，打印系统能够创建适合增强现实显示的尺寸小至7.2微米的图案，颜色均匀且连续。目前，他们对该技术充满信心，并认为它将成为增强现实显示的理想选择。为了验证这一点，他们创建了一个具有实时导航功能的增强现实智能镜头，借助Arduino Uno微控制器板开发的外部GPS接收器，用户可以轻松地被引导到指定站点。增强现实智能镜头将方向箭头和“停止”、“前进”标志投射到用户的视野中。

但是这项新技术目前还处于实验室阶段，距离该技术商业化仍有许多挑战需要克服。例如，尽管这种技术已经在3D打印的眼球模型上进行了评估，但在商业化之前，还需要在真人眼睛上进行测试。该模型是一个复制品，背面有一个洞，以模拟观察者会看到什么。

△研究人员通过调整打印参数，包括PB墨水的浓度、打印速度和移液器内径，实现了一致的PB图案，并利用CV循环将3D打印的PB图案重复地转化为普鲁士白。因此，该论文提出了一种有效的PB微图案创建方法，可作为打印参数的函数来表征

利用3D打印技术改善眼睛健康
在其它地方，科研人员同样在使用3D打印技术改善眼睛健康，包括印度LV普拉萨德眼科研究所、印度理工学院和细胞与分子生物学中心的测试，以及斯图加特大学研究人员开发的新技术，能为3D打印镜片涂上抗反射涂层。