Von der Augenpflege bis zur Glasfaseroptik: Die Rolle der KI in der Optik

Abirami Vina

5 Minuten lesen

1. August 2024

Tauchen Sie ein und erfahren Sie, wie KI die Optik verändert, indem sie die Augenpflege verbessert, die Brillenherstellung rationalisiert und die Glasfaserkommunikation vorantreibt.

Optik ist die Lehre vom Licht und seinen Wechselwirkungen mit verschiedenen Materialien. Es mag wie ein weiteres wissenschaftliches Thema klingen, aber es ist tatsächlich sehr wichtig und in unserem täglichen Leben sehr präsent. Im Laufe der Jahre haben viele Branchen optikbasierte Technologien eingesetzt, um innovative Lösungen zu entwickeln. In der Augenheilkunde zum Beispiel wird die Optik zur Entwicklung von Korrekturlinsen, Kontaktlinsen und chirurgischen Verfahren wie LASIK eingesetzt. In der Fertigung spielt die Optik eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Kameras, Teleskopen, Ferngläsern und Glasfasernetzen für eine schnellere Kommunikation.

Künstliche Intelligenz (KI) wird eingesetzt, um viele dieser optikbasierten Lösungen zu verbessern. So kann die prädiktive Analytik beispielsweise dabei helfen zu bestimmen, welche Patienten am meisten von komplexen Operationen wie der LASIK profitieren würden. In diesem Artikel werden wir untersuchen, wie KI in der Optik eingesetzt wird, und die Vorteile und Herausforderungen, die sie bietet, verstehen. Legen wir los!

Wie wird die KI im Bereich der Optik eingesetzt?

Lassen Sie uns zunächst einige Anwendungen der KI in der Optik verstehen, z. B. in der Augenheilkunde, bei der Herstellung optischer Geräte und bei der Netzwerkkommunikation über Glasfaserkabel.

AI in der Ophthalmologie und Optometrie

Heutzutage wird KI im Gesundheitswesen immer häufiger eingesetzt. Speziell in der Optik definiert die KI Bereiche wie die Augenheilkunde und die Optometrie neu. Die Augenheilkunde befasst sich mit der Diagnose und Behandlung von Augenkrankheiten, während die Optometrie die Beurteilung von Augen auf Sehprobleme und die Verschreibung von Korrekturgläsern umfasst. Die KI wird für die Diagnose, die personalisierte Behandlung und die Verbesserung der Effizienz in der Augenheilkunde eingesetzt.

So können KI-Systeme beispielsweise helfen, frühe Anzeichen von Krankheiten wie Glaukom und diabetischer Retinopathie zu erkennen. Nach Angaben der Glaucoma Research Foundation haben allein in den USA über drei Millionen Menschen ein Glaukom, aber nur die Hälfte von ihnen weiß, dass sie daran leiden. Diese Systeme können solche Augenkrankheiten frühzeitig erkennen und eine Behandlung früher einleiten, um eine Erblindung zu verhindern. 

Das Automated Retinal Disease Assessment (ARDA) von Google ist ein großartiges Beispiel dafür, wie KI die Augenheilkunde verbessern kann. Google hat sich mit einer großen Gruppe von Augenärzten zusammengetan, um ein KI-Modell anhand von über 100.000 Netzhautscans zu trainieren. Ziel war es, ein System zu entwickeln, das mithilfe der Bildklassifizierung diabetische Retinopathie erkennen kann. Einer der größten Vorteile von ARDA ist, dass es in Entwicklungsländern eingesetzt werden kann, in denen der Zugang zur Augenheilkunde möglicherweise eingeschränkt ist.

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Abb. 1. Einsatz von AI zur Erkennung der diabetischen Retinopathie.

KI-gesteuerte Herstellung und Gestaltung optischer Geräte

Auch bei der Entwicklung und Herstellung verschiedener optischer Geräte schlägt die KI Wellen. Im Hinblick auf den Designaspekt kann generative KI bei der schnellen Entwicklung optischer Geräte hilfreich sein. Anschließend können KI-Systeme die Fertigungsprozesse überwachen und zur Kostensenkung beitragen. Schließlich können KI und Computer Vision eingesetzt werden, um Fehler in hergestellten Produkten wie Glasfaserkabeln oder Linsen zu prüfen und zu erkennen, die dem menschlichen Auge entgehen könnten.

Aus diesem Grund befassen sich viele Unternehmen mit dem Einsatz von KI für das Design und die Herstellung modernster Linsen. EssilorLuxottica, ein führendes Unternehmen in der Brillenglasbranche, hat große Mengen anonymisierter Daten aus Brillenglasbestellungen, Testdaten und internen Studien gesammelt. Das Unternehmen nutzt KI, um aus diesen Daten Erkenntnisse über den Lebensstil der Verbraucher und die Leistungsfähigkeit von Brillengläsern zu gewinnen und diese zur Verbesserung des Brillenglasdesigns einzusetzen. Auch bei der Entwicklung der neuesten Generation von Gleitsichtgläsern setzt das Unternehmen KI ein. Dabei wird das räumliche Verhalten des Patienten berücksichtigt (wie er seinen Kopf und seine Augen bewegt, um seine Umgebung zu betrachten), um bequemere Linsen zu entwerfen.

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Abb. 2. Die neue Gleitsichtglaslinie von Essilor, die Varilux® XR-Serie™, wurde mit AI entwickelt.

Hier sind einige der Vorteile des Einsatzes von KI bei der Gestaltung von Brillen:

  • Personalisierung: KI kann dabei helfen, maßgeschneiderte Brillen zu erstellen, die auf die spezifischen Bedürfnisse jedes Patienten zugeschnitten sind und sowohl den Komfort als auch die Wirksamkeit verbessern.
  • Modellierung von Verhaltensweisen: Durch die Vorhersage des Sehverhaltens und der Augenbewegungen kann KI genutzt werden, um Linsen zu entwickeln, die intuitiver und leistungsfähiger sind.
  • Bessere Ergebnisse für Patienten: KI-entwickelte Brillen können eine optimale Sehkorrektur bieten und Probleme wie Augenbelastung, Kopfschmerzen und den "Schwimmeffekt" reduzieren.
  • Anpassungsfähigkeit an moderne Bedürfnisse: Der Einsatz von KI bei der Entwicklung von Brillen ermöglicht es, den visuellen Anforderungen des modernen Lebens gerecht zu werden, wie etwa dem häufigen Wechsel zwischen digitalen Geräten und anderen Aufgaben. 

Computer Vision ermöglicht virtuelle Brillenanproben

Nachdem Sie Ihren Augenarzt aufgesucht, ein Rezept erhalten und sich für die Art von Brillengläsern entschieden haben, die Sie benötigen, besteht der nächste Schritt normalerweise darin, in ein Geschäft zu gehen und eine Brille anzuprobieren. Die Computer-Vision-Technologie hat jedoch den Verkaufsprozess durch virtuelle Anproben von Brillen bequem von zu Hause aus neu gestaltet. Unternehmen wie Lenskart haben begonnen, diese Innovation zu nutzen, um das Kundenerlebnis zu verbessern.

Mithilfe fortschrittlicher Algorithmen und Augmented Reality (AR) kann die Computer Vision Ihre Gesichtszüge in Echtzeit erfassen. Auf diese Weise können 3D-Modelle von Brillen nahtlos in Ihre Live-Videoübertragung eingeblendet werden. Die virtuellen Brillen können sich scheinbar natürlich mit Ihrem Kopf bewegen und sich an Winkel und Lichtverhältnisse anpassen, um eine realistische Vorstellung davon zu vermitteln, wie die verschiedenen Brillengestelle aussehen werden. Mit Hilfe des maschinellen Lernens können diese Systeme sogar personalisierte Brillenempfehlungen anbieten, die auf Ihrer Gesichtsstruktur und Ihren Stilvorlieben basieren.

Optische Netzwerkkommunikation mit KI und Glasfasertechnik

Was wäre, wenn Ihre superschnelle Internetverbindung noch schneller werden könnte? Das ist genau das, was KI-Algorithmen für Glasfaserkabel tun können. Diese Kabel sind wie Hochgeschwindigkeitsautobahnen für digitale Informationen, und KI kann bei der Bereitstellung, Verwaltung und Verbesserung ihrer Leistung helfen. 

Durch die Optimierung von Outside Plant (OSP) Designs macht AI den Ausbau von Breitbandnetzen effizienter und effektiver. OSP bezieht sich auf die gesamte physische Verkabelung und Infrastruktur, die für die Bereitstellung von Internetdiensten erforderlich ist, einschließlich Glasfaserkabel, Leerrohre und zugehörige Geräte, die außerhalb von Gebäuden installiert werden. KI kann dabei helfen, verschiedene Entwurfsszenarien zu simulieren, um die effizientesten und kostengünstigsten Lösungen zu ermitteln. Aufgaben wie die Verwaltung der Bandbreitenkapazität auf der Grundlage der Nachfrage werden einfacher. Insgesamt können Entwurfsaufgaben, die früher aufgrund von Nacharbeiten, wiederholten Nachfassaktionen und manuellen Prozessen 45-60 Tage in Anspruch nahmen, mit KI nun in nur 25 Tagen abgeschlossen werden.

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Abbildung 3. Ein Bild von einem OSP-Ingenieur bei der Arbeit.

KI kann auch die Planung von Glasfaserstrecken verbessern, indem sie historische Daten analysiert und mithilfe fortschrittlicher Algorithmen für maschinelles Lernen den künftigen Bedarf vorhersagt. Computer-Vision-Techniken wie die Segmentierung können eingesetzt werden, um die Qualität der Glasfaser zu prüfen und Fehler zu erkennen. Durch die frühere Erkennung von Problemen können diese schneller behoben werden, wodurch Ausfallzeiten und Wartungskosten minimiert werden. Indem diese Prozesse effizienter gestaltet werden, beschleunigt die KI nicht nur den Breitbandausbau, sondern verbessert auch die Zuverlässigkeit und Qualität der Internetdienste, wovon letztlich sowohl städtische als auch abgelegene Gemeinden profitieren.

Vor- und Nachteile des Einsatzes von AI in der Optik

Da der globale Markt für fortschrittliche Optik bis 2032 auf etwa 628,80 Milliarden Dollar anwachsen soll, bietet KI im Bereich der Optik mehrere Vorteile. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile:

  • Schnelles Prototyping: KI kann den Prototyping-Prozess beschleunigen und ermöglicht es Designern, neue Brillendesigns schnell zu testen und zu überarbeiten.
  • Verbesserte Haltbarkeit: Optimierungsverfahren, die KI nutzen, können bei der Auswahl von Materialien helfen, um haltbarere und langlebigere Brillen herzustellen.
  • Nachhaltigkeit: KI-gesteuerte Fertigung kann Abfälle reduzieren und die Nachhaltigkeit des Produktionsprozesses durch Optimierung der Ressourcennutzung verbessern.
  • Integration mit intelligenter Technologie: Technologien wie KI können die Integration von intelligenten Funktionen in Brillen erleichtern, z. B. Augmented Reality (AR) und Fitness-Tracking.

Es stimmt zwar, dass KI der Optik viele Vorteile bringt, aber wir müssen auch die Herausforderungen und ethischen Erwägungen im Auge behalten, die beim Einsatz von KI-Technologien zu beachten sind.

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Abbildung 4. Herausforderungen im Zusammenhang mit der Einführung von KI in der Augenheilkunde.

Hier sind einige der Herausforderungen beim Einsatz von KI in der Optik:

  • Hohe Implementierungskosten: Die Implementierung von KI-Technologie kann erhebliche finanzielle Investitionen für Entwicklung, Integration und Schulung erfordern.
  • Bedarf an technischen Fähigkeiten: Der Einsatz von KI-Lösungen erfordert spezielle Kenntnisse und Fähigkeiten, was zusätzliche Schulungen und Einstellungen bedeuten kann.
  • Regulatorische Herausforderungen: Die Einhaltung der Vorschriften für KI im Gesundheitswesen kann komplex sein und erfordert, dass man mit den sich entwickelnden Standards auf dem Laufenden bleibt.
  • Herausforderungen bei der Integration: Die Integration von KI in bestehende Systeme kann komplex und zeitaufwändig sein und erfordert erhebliche Änderungen an den aktuellen Arbeitsabläufen.

Die Zukunft und die Vorschriften der KI in den optischen Technologien

Nach Angaben des National Institute of Health (USA) haben KI-Systeme bei Aufgaben wie der Erkennung und Einstufung von diabetischer Retinopathie genauso gut oder sogar besser abgeschnitten als erfahrene Augenärzte. Trotz dieser vielversprechenden Ergebnisse wurden jedoch nur sehr wenige KI-Systeme in der realen klinischen Welt eingesetzt. Dies ist auf Herausforderungen wie Datenverzerrung und Datenschutz zurückzuführen. 

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, sind neue Regeln und Vorschriften für den Einsatz von KI in der Optik erforderlich. In Ländern wie den USA haben die Regierungen der Bundesstaaten bereits damit begonnen, KI im Gesundheitswesen zu regulieren, um Diskriminierung zu verhindern und die Privatsphäre der Patienten zu schützen. Es ist wahrscheinlich, dass wir bald personalisierte Sehkorrekturen sehen werden, bei denen KI individuelle Lösungen für jeden Patienten erstellt. Das würde zu Brillen und Behandlungen führen, die besser auf die Bedürfnisse des Einzelnen zugeschnitten sind.

Ein weiterer Bereich der Optik, der in Zukunft durch die KI populär werden könnte , ist die Teleophthalmologie. Teleophthalmologie ist die Nutzung der Telemedizin, um Augenpflegeleistungen aus der Ferne zu erbringen. Stellen Sie sich vor, Sie machen ein Foto von Ihrem Auge und ein KI-Modell analysiert es, um Sie über Ihre Augengesundheit zu informieren. KI kann die Augenheilkunde direkt vor die Haustür bringen und eine Schlüsselrolle bei der Bereitstellung von Ferndiagnose- und Behandlungsoptionen spielen. Dies ist besonders für Menschen in abgelegenen oder unterversorgten Gebieten von Vorteil und kann dazu beitragen, dass sie rechtzeitig und effektiv versorgt werden.

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Abb. 5. KI kann in Arbeitsabläufe integriert werden, um Patienten auf augenmedizinische Probleme zu untersuchen.

Gute Aussichten für KI und Optik

Die künstliche Intelligenz verändert den Bereich der Optik rasant, vom Gesundheitswesen bis zur Fertigung. Sie verbessert medizinische Diagnosen, personalisiert Behandlungen und optimiert Produktionsprozesse. Auch wenn Herausforderungen wie die Einhaltung von Vorschriften und der Datenschutz bestehen, sind die potenziellen Vorteile immens. KI wird die Art und Weise, wie wir die Welt sehen und mit ihr interagieren, durch Fortschritte in der Optik verändern.

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