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  常言道，眼睛是人類心靈的窗口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，視覺(jué)在人感知外部世界時(shí)所提供的信息占比為83%。人的視線包含人腦注意機(jī)制的相關(guān)信息，隱含人的認(rèn)知與意圖，通過(guò)追蹤眼睛的活動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)自然高效、響應(yīng)快速的人機(jī)交互，在退化性疾病患者人機(jī)交互、顱腦神經(jīng)診療、認(rèn)知行為研究和智慧座艙等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。隱形眼鏡作為一種普適的技術(shù)，至今在全球范圍內(nèi)已有約1.5億名隱形眼鏡佩戴者。近年柔性光電子技術(shù)的發(fā)展，使隱形眼鏡不再局限于近視校準(zhǔn)的基礎(chǔ)功能，逐步發(fā)展出具有醫(yī)學(xué)診斷、釋藥、光電刺激、視覺(jué)增強(qiáng)等功能的智能隱形眼鏡。隱形眼鏡天然與眼睛合為一體，若能賦予其眼動(dòng)追蹤的功能，有望實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)實(shí)時(shí)、輕量無(wú)感、自然高效的眼機(jī)交互應(yīng)用。

圖一：《碟中諜4》人機(jī)交互智能隱形眼鏡

圖二：基于眼動(dòng)追蹤隱形眼鏡的眼機(jī)交互系統(tǒng)

圖三：豐富多樣的眼機(jī)交互應(yīng)用

  用戶佩戴眼動(dòng)追蹤隱形眼鏡之后，通過(guò)簡(jiǎn)單的隱式校準(zhǔn)過(guò)程構(gòu)建眼動(dòng)響應(yīng)模型。該模型定標(biāo)人眼眼球的個(gè)體差異、佩戴過(guò)程中射頻標(biāo)簽位置的隨機(jī)性以及閱讀器空間位置，基于時(shí)序眼動(dòng)追蹤算法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、高精度的眼動(dòng)追蹤。眼動(dòng)角精度優(yōu)于0.5°，甚至小于中央凹所提供的視角。進(jìn)一步，該隱形眼鏡能夠識(shí)別用戶自定義的多種眼部動(dòng)作：眼動(dòng)方位和閉眼，以命令編碼的形式實(shí)現(xiàn)軟硬件交互。

圖五：基于眼動(dòng)追蹤隱形眼鏡的活體兔子眼控?zé)o人車

圖六：眼部生物相容性測(cè)試

  總之，該隱形眼鏡具有準(zhǔn)確穩(wěn)定的無(wú)線眼動(dòng)追蹤能力、豐富多樣的交互模式、柔軟舒適的結(jié)構(gòu)特性以及生物安全的理化性質(zhì)，有望開(kāi)發(fā)新一代人機(jī)交互智能裝備，為無(wú)人設(shè)備操控、眼腦醫(yī)學(xué)診療、眼-腦科學(xué)研究、心理學(xué)研究提供設(shè)備基礎(chǔ)。

  該工作以“Frequency-encoded eye tracking smart contact lens for human-machine interaction”為題發(fā)表在《Nature Communications》上【Nature Communications, 2024, 15:3588】。南京大學(xué)徐飛教授、陸延青教授、江蘇省人民醫(yī)院袁松濤主任醫(yī)師、南京航天航空大學(xué)陳燁研究員為文章的共同通訊作者，南京大學(xué)博士生朱衡天、楊歡和江蘇省人民醫(yī)院博士生徐思琪為文章共同第一作者，馬園園、朱書庚、毛正藝對(duì)實(shí)驗(yàn)作出了重要貢獻(xiàn)。江蘇省人民醫(yī)院胡仔仲副主任醫(yī)師、南京大學(xué)江德臣教授、寧興海教授、熊毅豐助理教授、潘榮容博士、徐郁蕊博士、陳薇薇博士生對(duì)實(shí)驗(yàn)提供了重要幫助。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委（61925502、62135007、62305153和 22025403）和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFA1401103）的支持。