เรื่องโดย รวิศ ทัศคร
คอนแทกต์เลนส์อิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Contact Lenses: e-CLs) หรือคอนแทกต์เลนส์อัจฉริยะ (Smart CLs: SCLs) เป็นเทคโนโลยีเกิดใหม่ที่มีศักยภาพในการปฏิวัติทั้งการมองเห็นและการปฏิสัมพันธ์กับโลก โดยบูรณาการส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น เซนเซอร์ ไดโอดเปล่งแสง (LEDs) ไมโครชิป จึงทำงานได้เกินกว่าหน้าที่ที่ไม่ใช่แค่แก้ไขสายตา แต่ใช้เพื่อบันทึกสัญญาณคลื่นไฟฟ้าจอตา (electroretinogram: ERG) ตรวจติดตามสัญญาณทางสรีรวิทยา วัดความดันตา และติดตามการเคลื่อนไหวของดวงตาได้ด้วย
แม้ปัจจุบันคอนแทกต์เลนส์อัจฉริยะยังทำได้เพียงแสดงข้อความพื้นฐานและการแจ้งเตือน แต่ในอนาคตเทคโนโลยีนี้มีศักยภาพที่จะสร้างจอแสดงผลความเป็นจริงเสริมหรือเออาร์ (augmented reality: AR) ที่สมจริงและมีความละเอียดสูงกว่าระบบแว่นตาหรือชุดหูฟังเออาร์ในปัจจุบัน และยังรองรับการใช้งานความเป็นจริงเสมือนหรือวีอาร์ (virtual reality: VR) ได้ด้วย งานวิจัยบางชิ้นคาดการณ์ว่าชุดแสดงผลสวมศีรษะ (head-mounted displays: HMDs) อาจถูกย่อส่วนจนกลายเป็นส่วนประกอบหนึ่งของคอนแทกต์เลนส์ในอนาคต
เพื่อสร้างประสบการณ์เออาร์ภายในคอนแทกต์เลนส์อัจฉริยะ จำเป็นต้องบูรณาการเทคโนโลยีไมโครดิสเพลย์ (micro display) ที่ฉายภาพดิจิทัลโดยตรงไปยังเรตินา ซ้อนทับเนื้อหาเสมือนกับภาพจริง เทคโนโลยีหลักที่กำลังศึกษากัน ได้แก่
- จอแสดงผลไมโครแอลอีดี (MicroLED display) ให้ความสว่างสูง ความเปรียบต่าง (contrast) ดี และใช้พลังงานต่ำ เหมาะสมกับอุปกรณ์สวมใส่ขนาดเล็ก เช่น เลนส์สัมผัสอัจฉริยะ
- จอแสดงผลแบบท่อนำคลื่น (waveguide display) ใช้โครงสร้างเวฟไกด์นำแสงจากไมโครดิสเพลย์ไปยังดวงตา ทำให้สร้างภาพซ้อนที่คมชัดและให้มุมมองกว้าง ขณะยังคงความบางของเลนส์
- จอแสดงผลแบบฮอโลแกรม (holographic display) ฉายภาพฮอโลแกรมสามมิติลงบนเรตินา เพื่อสร้างภาพที่สมจริงและมีมิติความลึกสูง แม้ยังอยู่ในช่วงพัฒนาแต่มีศักยภาพสูงสำหรับการใช้งานในอนาคต
คอนแทกต์เลนส์อัจฉริยะช่วยแก้ปัญหาความเมื่อยล้าของดวงตาที่เกิดจากความขัดแย้งระหว่างการเบนคนละทิศกับการปรับโฟกัสของตา (vergence-accommodation conflict: VAC) ขณะใช้เทคโนโลยีเออาร์และวีอาร์ ทั้งยังมีศักยภาพในการปฏิวัติสุขภาพดวงตา โดยอำนวยความสะดวกในการตรวจหาโรค การรักษาที่ตรงจุด และแม้กระทั่งการมองเห็นเทียมสำหรับผู้พิการทางดวงตา
แนวคิดของคอนแทกต์เลนส์อัฉจริยะสำหรับการวัดความดันลูกตาแบบไม่รุกล้ำเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 2007 และได้รับความสนใจขึ้นมากหลังจากกูเกิลประกาศโครงการนี้ในปี ค.ศ. 2014 เลนส์เหล่านี้ติดตามสัญญาณทางกายภาพและชีวเคมีต่าง ๆ ได้อย่างต่อเนื่องและไม่รุกล้ำ เช่น การฝังเซนเซอร์ตรวจวัดกลูโคส การวัดระดับน้ำตาลในเลือด การวัดความดันลูกตา การตรวจคลื่นไฟฟ้าจอตา การเคลื่อนไหวของดวงตา ข้อมูลพวกนี้สำคัญต่อการตรวจหา การพยากรณ์โรค และการจัดการภาวะเกี่ยวกับตาในระยะเริ่มแรก
เมื่อมีวงจรพวกนี้ก็ต้องใช้พลังงาน จึงมีการเริ่มออกแบบเสาอากาศขนาดเล็กที่ฝังหรือพิมพ์ลงบนเลนส์ได้ ที่เรียกว่า coupled planar loops (CPLs) เพื่อรองรับระบบรับ–ส่งพลังงานไร้สาย ให้ทำงานได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องชาร์จแบตเตอรี่ ข้อได้เปรียบสำคัญคือการทำงานแบบไม่ต้องใช้มือ (hands-free) ซึ่งช่วยเพิ่มทั้งความปลอดภัยและประสิทธิภาพ เทคโนโลยีนี้อาศัยหลักการสื่อสารระยะใกล้ (near-field communication: NFC) หรือการเชื่อมต่อเชิงความเหนี่ยวนำ (inductive coupling) โดยในปี ค.ศ. 2020 บัสเกซ กินเตโร (Vasquez Quintero) และคณะ ได้พัฒนาเลนส์สัมผัสฝังวงจรการสื่อสารระยะใกล้ที่ทำจากร่องนำไฟฟ้าทองคำ (Au tracks) บนวัสดุพอลิอิไมด์ (polyimide) ซึ่งประกอบอยู่ระหว่างชั้นเทอร์โมพลาสติกพอลิยูรีเทน (TPU) ตัวเลนส์ผลิตด้วยเทคโนโลยีการขึ้นรูปแบบสองชั้น (double-molding) ตามมาตรฐานอุตสาหกรรม ใช้วัสดุพอลิ(2-ไฮดรอกซีเอทิลเมทาคริเลต) (pHEMA) ซึ่งมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพกับเนื้อเยื่อกระจกตา และออกแบบให้ออกซิเจนซึมผ่านได้บริเวณกึ่งกลางเลนส์ เสาอากาศคลื่นวิทยุขนาดเล็กพิเศษช่วยให้การสื่อสารและการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายทำได้ทั้งในอากาศและในสารละลายน้ำเกลือ
สำหรับเทคนิคการสร้างฮอโลแกรมบนคอนแทกต์เลนส์เพื่อให้เห็นภาพลอยปรากฏบนอากาศในจุดที่ห่างออกไปจากตัวคนใส่นั้น เริ่มต้นขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 2023 โดยทีมของอาจารย์ยาซูฮิโระ ทากากิ (Yasuhiro Takaki) ได้คิดค้นหลักการทำงานของคอนแทกต์เลนส์แสดงผลที่ใช้เทคโนโลยีฮอโลกราฟีซึ่งเป็นการบันทึกและสร้างคลื่นแสงที่วัตถุเปล่งออกมาให้อยู่ในรูปแบบลวดลายสองมิติบนแผ่นฮอโลแกรม ทำให้คลื่นแสงของวัตถุปรากฏได้ในตำแหน่งที่มีระยะห่างจากแผ่นฮอโลแกรม
หลักการทำงานของจอแสดงผลแบบฮอโลแกรมในคอนแทกต์เลนส์อิเล็กทรอนิกส์
ดัดแปลงจาก Y. TAKAKI, Oyo Buturi, 92, 411 (2023). DOI
จะเห็นว่าในภาพ ก ดวงตาของผู้สวมใส่อยู่ใกล้กับจอแสดงผลภายในคอนแทกต์เลนส์มากเกินไปจึงปรับโฟกัสภาพไม่ได้ เพื่อแก้ปัญหานี้ทีมวิจัยได้ฉายลวดลายฮอโลแกรมลงบนจอแสดงผลดังในภาพ ข และใช้คุณสมบัติการสร้างภาพสามมิติของฮอโลแกรมเพื่อทำให้ภาพเสมือนปรากฏอยู่ในตำแหน่งที่ห่างออกจากดวงตา ช่วยให้ดวงตาโฟกัสได้อย่างชัดเจน
โครงสร้างของคอนแทกต์เลนส์ฮอโลกราฟิก
ดัดแปลงจาก Y. TAKAKI, Oyo Buturi, 92, 411 (2023). DOI
ทีมวิจัยยังได้สร้างจอแสดงผลแบบโปร่งใสโดยใช้ฮอโลแกรมชนิดเฟส (phase hologram) ซึ่งมีอุปกรณ์สำคัญคือ เครื่องมอดุเลตแสงและหน้าคลื่น (spatial light modulator: SLM) ที่ไม่ไปปรับความแรงของแสง (แอมพลิจูด) จึงไม่มีการดูดกลืนแสง และใช้วิธีควบคุมรูปคลื่นแสงโดยการปรับเฟส (จังหวะหรือตำแหน่งการสั่นของคลื่นแสง) ในระนาบสองมิติให้ตรงตามที่ต้องการ
เครื่อง SLM ชนิดปรับเฟสจะปรับคลื่นแสงในทิศทางที่กำหนดเท่านั้นและจะไม่ส่งผลต่อแสงในทิศทางอื่น ระบบนี้ใช้แสงเลเซอร์พื้นหลังส่องสว่างไปยัง SLM ซึ่งมีตัวกรองแสง (โพลาไรเซอร์) ติดตั้งอยู่ด้านหน้า เพื่อให้แสงที่ไม่ถูกปรับเฟสผ่านออกไปได้ เราจึงมองทะลุได้
คลื่นแสงในระยะเริ่มต้นมีระนาบคลื่นสม่ำเสมอ แต่เมื่อแพร่กระจายออกไปจะเกิดการเลี้ยวเบน (diffraction) ทำให้คลื่นแสงเปลี่ยนรูปและเกิดการกระจายเชิงพื้นที่ของแอมพลิจูดแบบสองมิติ ดวงตาเรารับรู้ภาพจากความเข้มของแสงซึ่งมีค่าแปรผันตามแอมพลิจูดยกกำลังสอง ดังนั้นหากคอมพิวเตอร์คำนวณการปรับเฟสให้แสงกระจายตัวออกมาตรงกับภาพที่ต้องการ ฮอโลแกรมชนิดเฟสก็จะสร้างลวดลายของเฟสให้เกิดเป็นภาพที่ตาเรามองเห็นได้ แต่เนื่องจากสมการคำนวณการกระจายเฟสเป็นโจทย์ปัญหาไม่เชิงเส้น (nonlinear problem) ซึ่งคำนวณตรง ๆ ไม่ได้ จึงมีการประยุกต์ใช้เทคนิคอัลกอริทึมวนซ้ำ (iterative algorithms) และเครือข่ายประสาทเทียม (neural networks) มาช่วยแก้ปัญหา
ความสนุกและความก้าวหน้าของการพัฒนาคอนแทกต์เลนส์อัจฉริยะไม่ได้หยุดอยู่แค่นี้ ยังมีเทคโนโลยีอีกรูปแบบหนึ่งที่น่าสนใจและเป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบแสดงผลความจริงเสริมใกล้ตา คือ เมตาเลนส์ (metalens) โอกาสหน้าจะมาเล่าให้ฟังครับ
แหล่งข้อมูลอ้างอิง
- Shaker, L. M., Al-Amiery, A., Takriff, M. S., Wan Isahak, W. N. R., Mahdi, A. S., & Al-Azzawi, W. K. (2023). The future of vision: a review of electronic contact lenses technology. ACS Photonics, 10(6), 1671-1686.
- Zulkarnain, A. H. B., & Gere, A. (2025). Virtual Reality Sensory Analysis Approaches for Sustainable Food Production. Applied Food Research, 100780.
- Karhu, N., Rantala, J., Farooq, A., Sand, A., Pennanen, K., Lappi, J., … & Raisamo, R. (2025). The effects of haptic, visual and olfactory augmentations on food consumed while wearing an extended reality headset. Journal on Multimodal User Interfaces, 19(1), 37-55.
- Bock, L., Bohné, T., & Tadeja, S. K. (2024). Decision support for augmented reality-based assistance systems deployment in industrial settings. Multimedia Tools and Applications, 1-25.
- Zhou, Z., Oveissi, F., & Langrish, T. (2024). Applications of augmented reality (AR) in chemical engineering education: Virtual laboratory work demonstration to digital twin development. Computers & Chemical Engineering, 188, 108784.
- Protogeros, G., Protogerou, A., Pachni-Tsitiridou, O., Mifsud, R. G., Fouskas, K., Katsaros, G., … & Valdramidis, V. (2025). Conceptualizing and advancing on Extended Reality applications in food science and technology. Journal of Food Engineering, 396, 112557.
- Takaki, Y. (2023). Future of AR display: Holographic contact lens. JSAP Review, 2023, 230304.
- Abdulamier, A. A., Shaker, L. M., Al-Amiery, A. A., Qasim, M. T., Isahak, W. N. R. W., & Luthfi, A. A. I. (2024). Advancements and applications of smart contact lenses: A comprehensive review. Results in Engineering, 24, 103268.
- Lee, G. Y., Hong, J. Y., Hwang, S., Moon, S., Kang, H., Jeon, S., … & Lee, B. (2018). Metasurface eyepiece for augmented reality. Nature communications, 9(1), 4562.
- Yao, G., Li, P., Liu, M., Liao, F., & Lin, Y. (2024). Smart contact lenses: Catalysts for science fiction becoming reality. The Innovation, 5(6).
- Shaker, L. M., Al-Amiery, A., Isahak, W. N. R. W., & Al-Azzawi, W. K. (2023). Metasurface contact lenses: A futuristic leap in vision enhancement. Journal of Optics, 1-16.
About Author
