من رعاية العيون إلى الألياف الضوئية: دور الذكاء الاصطناعي في علم البصريات

علم البصريات هو دراسة الضوء وتفاعلاته مع المواد المختلفة. قد يبدو موضوعًا علميًا آخر فحسب، لكنه في الواقع مهم جدًا وحاضر بقوة في حياتنا اليومية. وعلى مر السنين، اعتمدت صناعات كثيرة تقنيات قائمة على البصريات لابتكار حلول جديدة. فعلى سبيل المثال، تُستخدم البصريات في طب العيون لتطوير العدسات التصحيحية والعدسات اللاصقة والإجراءات الجراحية مثل تصحيح تحدب القرنية بالليزر (LASIK). وفي التصنيع، تؤدي البصريات دورًا مهمًا في تطوير الكاميرات والتلسكوبات والمناظير وشبكات الألياف الضوئية لتسريع الاتصالات.

يُستخدم الذكاء الاصطناعي (AI) لتحسين العديد من هذه الحلول المعتمدة على البصريات. فعلى سبيل المثال، يمكن أن تساعد التحليلات التنبؤية في تحديد المرضى الأكثر استفادة من العمليات الجراحية المعقدة مثل تصحيح البصر بالليزر (LASIK). في هذه المقالة، سنستكشف كيفية استخدام الذكاء الاصطناعي في علم البصريات، ونتعرف على فوائده والتحديات التي يطرحها.

كيف يُستخدم الذكاء الاصطناعي في مجال البصريات؟#

أولًا، لنتعرف على بعض تطبيقات الذكاء الاصطناعي في علم البصريات، مثل طب العيون، وتصنيع الأجهزة البصرية، والاتصالات الشبكية عبر الألياف البصرية.

الذكاء الاصطناعي في طب العيون وقياس البصر#

أصبح الذكاء الاصطناعي في الرعاية الصحية أكثر شيوعًا في الوقت الحالي. وعلى وجه الخصوص، يعيد الذكاء الاصطناعي في مجال البصريات تشكيل تخصصَي طب العيون وقياس البصر. ويشمل طب العيون تشخيص اضطرابات العين وعلاجها، بينما يتضمن قياس البصر فحص العينين للكشف عن مشكلات الإبصار ووصف العدسات التصحيحية. ويُستخدم الذكاء الاصطناعي في التشخيص والعلاج المخصص وتحسين كفاءة رعاية العيون.

فعلى سبيل المثال، يمكن لأنظمة الذكاء الاصطناعي المساعدة في اكتشاف العلامات المبكرة لأمراض مثل الزرق واعتلال الشبكية السكري. ووفقًا لمؤسسة أبحاث الزرق، يعاني أكثر من ثلاثة ملايين شخص من الزرق في الولايات المتحدة وحدها، لكن نصفهم فقط يعلمون بإصابتهم به. ويمكن لهذه الأنظمة مساعدة الأطباء على اكتشاف أمراض العين هذه مبكرًا وبدء العلاج في وقت أقرب للوقاية من العمى.

يُعد التقييم الآلي لأمراض الشبكية (ARDA) من Google مثالًا رائعًا على كيفية تحسين الذكاء الاصطناعي للرؤية لرعاية العيون. تعاونت Google مع مجموعة كبيرة من أطباء العيون لتدريب نموذج ذكاء اصطناعي باستخدام أكثر من 100,000 صورة للشبكية. وكان الهدف إنشاء نظام قادر على اكتشاف اعتلال الشبكية السكري باستخدام تصنيف الصور. ومن أبرز مزايا ARDA إمكانية استخدامه في البلدان النامية، حيث قد يكون الوصول إلى رعاية العيون محدودًا.

الشكل 1. استخدام الذكاء الاصطناعي لاكتشاف اعتلال الشبكية السكري.

التصنيع والتصميم المدعومان بالذكاء الاصطناعي للأجهزة البصرية#

يغير الذكاء الاصطناعي أيضًا تصميم الأجهزة البصرية المختلفة وتصنيعها. فمن ناحية التصميم، قد يكون الذكاء الاصطناعي التوليدي مفيدًا في تصميم الأجهزة البصرية بسرعة. ويمكن لأنظمة الذكاء الاصطناعي بعد ذلك مراقبة عمليات التصنيع والمساعدة في خفض التكاليف. وأخيرًا، يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي والرؤية الحاسوبية لفحص المنتجات المصنّعة، مثل كابلات الألياف البصرية أو العدسات، واكتشاف أي عيوب قد لا تلاحظها العين البشرية.

ولهذا الغرض، تبحث شركات كثيرة في استخدام الذكاء الاصطناعي لتصميم وتصنيع عدسات متطورة. وقد جمعت EssilorLuxottica، الرائدة في صناعة العدسات العينية، كميات هائلة من البيانات مجهولة الهوية المستمدة من طلبات العدسات وبيانات الاختبارات والدراسات الداخلية. وتستخدم الشركة الذكاء الاصطناعي لاستخلاص معلومات من هذه البيانات، مثل رؤى عن أنماط حياة المستهلكين ومقاييس أداء العدسات، وتوظفها لتحسين تصميم العدسات. كما تستخدم الذكاء الاصطناعي السلوكي لتصميم أحدث جيل من عدساتها متعددة البؤر المتدرجة. ويأخذ ذلك في الحسبان السلوك المكاني للمريض، أي كيفية تحريك رأسه وعينيه لرؤية البيئة المحيطة، بهدف تصميم عدسات أكثر راحة.

الشكل 2. خط العدسات المتدرجة الجديد من Essilor، سلسلة Varilux® XR™، مصمم باستخدام الذكاء الاصطناعي.

فيما يلي بعض فوائد استخدام الذكاء الاصطناعي في تصميم النظارات:

• التخصيص: يمكن أن يساعد الذكاء الاصطناعي في ابتكار نظارات مصممة خصيصًا لتلبية احتياجات كل مريض، مما يعزز الراحة والفعالية.
• نمذجة السلوك: يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بالسلوك البصري وحركات العين، وتطوير عدسات أكثر سهولة في الاستخدام وأعلى أداءً.
• تحسين نتائج المرضى: يمكن للنظارات المصممة بالذكاء الاصطناعي توفير أفضل تصحيح للرؤية، والحد من مشكلات مثل إجهاد العين والصداع و«تأثير السباحة».
• التكيف مع الاحتياجات الحديثة: يتيح استخدام الذكاء الاصطناعي في تصميم النظارات تلبية المتطلبات البصرية للحياة العصرية، مثل التبديل المتكرر بين الأجهزة الرقمية والمهام الأخرى.

الرؤية الحاسوبية تتيح تجربة النظارات افتراضيًا#

بعد زيارة طبيب العيون والحصول على وصفة طبية وتحديد نوع العدسات التي تحتاج إليها، تكون الخطوة التالية عادةً التوجه إلى متجر وتجربة النظارات. لكن تقنية الرؤية الحاسوبية أعادت ابتكار تجربة التسوق من خلال إتاحة تجربة النظارات افتراضيًا وأنت مرتاح في منزلك. وقد بدأت شركات مثل Lenskart استخدام هذا الابتكار لتحسين تجربة العملاء.

يمكن للرؤية الحاسوبية، باستخدام الخوارزميات المتقدمة والواقع المعزز (AR)، رسم خريطة لملامح وجهك في الوقت الفعلي. وبذلك، يمكن عرض نماذج ثلاثية الأبعاد للنظارات فوق بث الفيديو المباشر. ويمكن أن تبدو النظارات الافتراضية وكأنها تتحرك طبيعيًا مع رأسك، وأن تتكيف مع الزوايا والإضاءة لتقدم تصورًا واقعيًا لمظهر الإطارات المختلفة. ومع إضافة التعلّم الآلي، تستطيع هذه الأنظمة أيضًا تقديم توصيات مخصصة للإطارات بناءً على بنية وجهك وتفضيلاتك في الأسلوب.

اتصالات الشبكات البصرية باستخدام الذكاء الاصطناعي والألياف الضوئية#

ماذا لو كان اتصال الإنترنت لديك أسرع وأكثر موثوقية؟ يمكن لخوارزميات الذكاء الاصطناعي المساعدة في تحقيق ذلك لشبكات الألياف البصرية. فهذه الكابلات أشبه بطرق سريعة للمعلومات الرقمية، ويمكن للذكاء الاصطناعي المساعدة في نشرها وإدارتها وتحسين أدائها.

من خلال تحسين تصميمات البنية التحتية الخارجية (OSP)، يجعل الذكاء الاصطناعي توسيع شبكات النطاق العريض أكثر كفاءة وفعالية. وتشير البنية التحتية الخارجية إلى جميع الكابلات المادية والبنية التحتية اللازمة لتقديم خدمات الإنترنت، بما يشمل كابلات الألياف الضوئية والقنوات والمعدات المرتبطة بها، والتي تُركّب خارج المباني. ويمكن للذكاء الاصطناعي محاكاة سيناريوهات تصميم مختلفة لتحديد الحلول الأكثر كفاءة والأقل تكلفة. كما تصبح مهام مثل إدارة سعة النطاق الترددي بناءً على الطلب أبسط. وبوجه عام، يمكن الآن إنجاز مهام التصميم التي كانت تستغرق من 45 إلى 60 يومًا بسبب إعادة العمل والمتابعات المتكررة والإجراءات اليدوية في 25 يومًا باستخدام الذكاء الاصطناعي فقط.

الشكل 3. صورة لمهندس بنية تحتية خارجية أثناء العمل.

يمكن للذكاء الاصطناعي أيضًا تحسين تخطيط مسارات الألياف من خلال تحليل البيانات التاريخية والتنبؤ بالطلب المستقبلي باستخدام خوارزميات متقدمة للتعلم الآلي. ويمكن استخدام تقنيات الرؤية الحاسوبية مثل التجزئة لفحص جودة الألياف واكتشاف الأعطال. ويسمح اكتشاف المشكلات مبكرًا بحلها بسرعة أكبر، مما يقلل فترات التعطل وتكاليف الصيانة. ومن خلال جعل هذه العمليات أكثر كفاءة، لا يسرّع الذكاء الاصطناعي نشر شبكات النطاق العريض فحسب، بل يحسّن أيضًا موثوقية خدمات الإنترنت وجودتها، بما يعود بالنفع في نهاية المطاف على المجتمعات الحضرية والنائية على حد سواء.

إيجابيات استخدام الذكاء الاصطناعي في مجال البصريات وسلبياته#

مع توقع نمو السوق العالمية للبصريات المتقدمة إلى نحو $628.80 مليار بحلول عام 2032، يقدم الذكاء الاصطناعي فوائد عديدة في مجال البصريات. وفيما يلي بعض أبرز المزايا:

• النمذجة الأولية السريعة: يمكن للذكاء الاصطناعي تسريع عملية إعداد النماذج الأولية، ما يسمح للمصممين باختبار تصاميم النظارات الجديدة وتحسينها بسرعة.
• تعزيز المتانة: يمكن لتقنيات التحسين المعتمدة على الذكاء الاصطناعي المساعدة في اختيار مواد تنتج نظارات أكثر متانة وعمرًا.
• الاستدامة: يمكن للتصنيع المدعوم بالذكاء الاصطناعي تقليل الهدر وتعزيز استدامة عملية الإنتاج من خلال تحسين استخدام الموارد.
• التكامل مع التكنولوجيا الذكية: يمكن لتقنيات مثل الذكاء الاصطناعي تسهيل دمج الميزات الذكية في النظارات، مثل الواقع المعزز (AR) وتتبّع اللياقة البدنية.

مع أن الذكاء الاصطناعي يقدم فوائد عديدة في مجال البصريات، ينبغي أن نضع في الحسبان التحديات والاعتبارات الأخلاقية التي يجب معالجتها عند استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي.

الشكل 4. التحديات المتعلقة باعتماد الذكاء الاصطناعي في رعاية العيون (المصدر: thelancet.com).

فيما يلي بعض التحديات المرتبطة باستخدام الذكاء الاصطناعي في مجال البصريات:

• ارتفاع تكاليف التنفيذ: قد يتطلب تطبيق تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي استثمارًا ماليًا كبيرًا للتطوير والتكامل والتدريب.
• الحاجة إلى مهارات تقنية: يتطلب استخدام حلول الذكاء الاصطناعي معرفة ومهارات متخصصة، ما قد يستلزم تدريبًا إضافيًا وتوظيفًا.
• التحديات التنظيمية: قد يكون الامتثال للوائح المنظمة للذكاء الاصطناعي في الرعاية الصحية معقدًا، ويتطلب مواكبة المعايير المتغيرة.
• تحديات التكامل: قد تكون إضافة الذكاء الاصطناعي إلى الأنظمة القائمة معقدة وتستغرق وقتًا، كما تتطلب تغييرات كبيرة في سير العمل الحالي.

مستقبل الذكاء الاصطناعي في التقنيات البصرية ولوائحه التنظيمية#

وفقًا لـمراجعة منشورة في PubMed Central، حققت أنظمة الذكاء الاصطناعي أداءً مماثلًا لأداء أطباء العيون ذوي الخبرة أو أفضل منه في مهام مثل اكتشاف اعتلال الشبكية السكري وتصنيفه. لكن على الرغم من هذه النتائج الواعدة، لم يُنشر سوى عدد قليل جدًا من أنظمة الذكاء الاصطناعي في البيئات السريرية الواقعية، وذلك بسبب تحديات مثل تحيز البيانات والخصوصية.

لمعالجة هذه التحديات، لا بد من وضع قواعد ولوائح جديدة لاستخدام الذكاء الاصطناعي في علم البصريات. ففي بلدان مثل الولايات المتحدة، بدأت حكومات الولايات بالفعل تنظيم الذكاء الاصطناعي في الرعاية الصحية لمنع التمييز وحماية خصوصية المرضى. ومن المرجح أن نبدأ برؤية تصحيح بصري مخصص، ينشئ فيه الذكاء الاصطناعي حلولًا مصممة لكل مريض. وسيؤدي ذلك إلى نظارات وعلاجات تلائم احتياجات كل شخص على نحو أفضل.

ومن مجالات علم البصريات الأخرى التي قد تشهد رواجًا مستقبلًا بفضل الذكاء الاصطناعي طب العيون عن بُعد. وهو استخدام الطب عن بُعد لتقديم خدمات رعاية العيون عن بُعد. تخيل أن تلتقط صورة لعينك ثم يحللها نموذج ذكاء اصطناعي ليطلعك على صحة عينيك. يمكن للذكاء الاصطناعي إيصال رعاية العيون مباشرةً إلى الأشخاص، وأداء دور رئيسي في توفير خيارات التشخيص والعلاج عن بُعد. ويفيد ذلك خصوصًا الأشخاص في المناطق النائية أو المحرومة من الخدمات، كما يمكن أن يساعد في ضمان حصولهم على رعاية فعالة وفي الوقت المناسب.

الشكل 5. يمكن دمج الذكاء الاصطناعي في سير العمل لفحص المرضى بحثًا عن مشكلات تتعلق برعاية العيون.

آفاق واعدة للذكاء الاصطناعي والبصريات#

يغير الذكاء الاصطناعي مجال البصريات بسرعة، من الرعاية الصحية إلى التصنيع. فهو يعزز التشخيص الطبي، ويخصص العلاجات، ويحسّن عمليات الإنتاج. وعلى الرغم من وجود تحديات مثل الامتثال التنظيمي وخصوصية البيانات، فإن فوائده المحتملة كبيرة. ومن المتوقع أن يغير الذكاء الاصطناعي الطريقة التي نرى بها العالم ونتفاعل معه من خلال التطورات في علم البصريات.

لنتعلم ونتطور معًا! استكشف مستودعنا على GitHub للاطلاع على إسهاماتنا في الذكاء الاصطناعي. واكتشف كيف نعيد صياغة قطاعات مثل السيارات ذاتية القيادة والزراعة باستخدام الذكاء الاصطناعي.