Dalla cura della vista alla fibra ottica: il ruolo dell’IA nell’ottica

L'ottica è lo studio della luce e delle sue interazioni con materiali diversi. Può sembrare un semplice argomento scientifico, ma è in realtà molto importante e presente nella vita quotidiana. Nel corso degli anni, molti settori hanno integrato tecnologie basate sull'ottica per creare soluzioni innovative. Per esempio, in oftalmologia, l'ottica viene utilizzata per sviluppare lenti correttive, lenti a contatto e procedure chirurgiche come la LASIK. Nella manifattura, l'ottica svolge un ruolo importante nello sviluppo di fotocamere, telescopi, binocoli e reti in fibra ottica per comunicazioni più veloci.

L’intelligenza artificiale (AI) viene usata per migliorare molte di queste soluzioni basate sull’ottica. Per esempio, l’analisi predittiva può aiutare a individuare i pazienti che trarrebbero maggior beneficio da interventi complessi come la LASIK. In questo articolo vedremo come viene usata l’IA in ottica, quali vantaggi offre e quali sfide presenta.

Come viene utilizzata l'IA nel campo dell'ottica?#

Per prima cosa, vediamo alcune applicazioni dell’IA in ottica, come l’oftalmologia, la produzione di dispositivi ottici e la comunicazione in rete tramite fibra ottica.

IA in oftalmologia e optometria#

Oggi l'IA nell'assistenza sanitaria è sempre più diffusa. In particolare, in ottica l'IA sta ridefinendo campi come l'oftalmologia e l'optometria. L'oftalmologia si occupa della diagnosi e del trattamento dei disturbi oculari, mentre l'optometria valuta gli occhi per individuare problemi visivi e prescrivere lenti correttive. L'IA viene utilizzata per la diagnosi, i trattamenti personalizzati e il miglioramento dell'efficienza nell'assistenza oculistica.

Per esempio, i sistemi di IA possono aiutare a individuare i primi segni di malattie come il glaucoma e la retinopatia diabetica. Secondo la Glaucoma Research Foundation, solo negli Stati Uniti oltre tre milioni di persone hanno il glaucoma, ma solo la metà sa di esserne affetta. Questi sistemi possono aiutare i medici a individuare precocemente queste patologie oculari e ad avviare prima le cure per prevenire la cecità.

L'Automated Retinal Disease Assessment (ARDA) di Google è un ottimo esempio di come l'IA basata sulla visione possa migliorare l'assistenza oculistica. Google ha collaborato con un ampio gruppo di oftalmologi per addestrare un modello di IA utilizzando oltre 100.000 scansioni della retina. L'obiettivo era creare un sistema in grado di rilevare la retinopatia diabetica tramite la classificazione delle immagini. Uno dei principali vantaggi di ARDA è la possibilità di utilizzarlo nei paesi in via di sviluppo, dove l'accesso alle cure oculistiche può essere limitato.

Fig. 1. Uso dell'IA per rilevare la retinopatia diabetica.

Progettazione e produzione di dispositivi ottici con l'IA#

L’IA sta cambiando anche la progettazione e la produzione di vari dispositivi ottici. Per quanto riguarda la progettazione, l’IA generativa può essere utile per progettare rapidamente dispositivi ottici. I sistemi di IA possono poi intervenire per monitorare i processi produttivi e contribuire a ridurre i costi. Infine, l’IA e la visione artificiale possono essere usate per ispezionare i prodotti fabbricati e rilevare eventuali difetti, per esempio nei cavi in fibra ottica o nelle lenti, che potrebbero sfuggire all’occhio umano.

A questo scopo, molte aziende stanno valutando l'uso dell'IA per progettare e produrre lenti all'avanguardia. EssilorLuxottica, leader nel settore delle lenti oftalmiche, ha raccolto grandi quantità di dati anonimizzati relativi agli ordini di lenti, ai dati dei test e agli studi interni. L'azienda utilizza l'IA per estrarre da questi dati informazioni sui comportamenti dei consumatori e sulle prestazioni delle lenti, e sfrutta queste conoscenze per migliorare la progettazione delle lenti. Utilizza anche l'IA comportamentale per progettare la sua ultima generazione di lenti progressive. Questo approccio tiene conto del comportamento spaziale del paziente (del modo in cui muove la testa e gli occhi per osservare l'ambiente circostante) per progettare lenti più confortevoli.

Fig. 2. La nuova linea di lenti progressive di Essilor, la serie Varilux® XR™, è progettata con l'IA.

Ecco alcuni vantaggi dell'uso dell'IA nella progettazione degli occhiali:

• Personalizzazione: l'IA può aiutare a creare occhiali su misura per le esigenze specifiche di ogni paziente, migliorando comfort ed efficacia.
• Modellazione del comportamento: prevedendo il comportamento visivo e i movimenti oculari, l'IA può essere utilizzata per sviluppare lenti più intuitive e performanti.
• Migliori risultati per i pazienti: gli occhiali progettati con l'IA possono offrire una correzione visiva ottimale e ridurre problemi come l'affaticamento oculare, il mal di testa e l'"effetto piscina".
• Adattabilità alle esigenze moderne: l'uso dell'IA nella progettazione degli occhiali consente di rispondere alle esigenze visive della vita moderna, come il frequente passaggio tra dispositivi digitali e altre attività.

La visione artificiale rende possibili le prove virtuali degli occhiali#

Dopo aver visitato l'oculista, ricevuto una prescrizione e scelto il tipo di lenti di cui hai bisogno, il passo successivo è di solito andare in un negozio e provare gli occhiali. Tuttavia, la tecnologia di visione artificiale ha reinventato il processo di vendita al dettaglio, permettendo di provare virtualmente gli occhiali comodamente da casa. Aziende come Lenskart hanno iniziato a utilizzare questa innovazione per migliorare l'esperienza dei clienti.

Usando algoritmi avanzati e la realtà aumentata (AR), la visione artificiale può mappare in tempo reale i tratti del tuo viso. In questo modo, i modelli 3D degli occhiali possono essere sovrapposti al video in diretta. Gli occhiali virtuali possono muoversi in modo naturale insieme alla testa e adattarsi alle angolazioni e all’illuminazione, offrendo una rappresentazione realistica di come appariranno le diverse montature. Grazie all’apprendimento automatico, questi sistemi possono anche suggerire montature personalizzate in base alla tua struttura del viso e alle tue preferenze di stile.

Comunicazione nelle reti ottiche con IA e fibra ottica#

E se la tua connessione Internet potesse essere ancora più veloce e affidabile? Gli algoritmi di IA possono contribuire a rendere tutto questo possibile per le reti in fibra ottica. Questi cavi sono come autostrade ad alta velocità per le informazioni digitali e l’IA può aiutare a implementarli, gestirli e migliorarne le prestazioni.

Ottimizzando la progettazione delle reti esterne (OSP), l'IA rende più efficiente ed efficace l'espansione delle reti a banda larga. OSP si riferisce a tutti i cavi e alle infrastrutture fisiche necessari per fornire servizi Internet, compresi cavi in fibra ottica, condotti e apparecchiature correlate installati all'esterno degli edifici. L'IA può simulare diversi scenari di progettazione per individuare le soluzioni più efficienti ed economicamente vantaggiose. Attività come la gestione della capacità della banda in base alla domanda diventano più semplici. In generale, le attività di progettazione che prima richiedevano 45-60 giorni a causa di rilavorazioni, ripetuti solleciti e processi manuali possono ora essere completate in soli 25 giorni con l'IA.

Fig. 3. Un'immagine di un ingegnere OSP al lavoro.

L'IA può anche migliorare la pianificazione dei percorsi in fibra ottica analizzando i dati storici e prevedendo la domanda futura con algoritmi avanzati di machine learning. Le tecniche di visione artificiale, come la segmentazione, possono essere utilizzate per ispezionare la qualità della fibra e rilevare i guasti. Individuando prima i problemi, è possibile risolverli più rapidamente, riducendo al minimo i tempi di inattività e i costi di manutenzione. Rendendo più efficienti questi processi, l'IA non solo accelera la realizzazione della banda larga, ma migliora anche l'affidabilità e la qualità dei servizi Internet, a vantaggio sia delle comunità urbane sia di quelle remote.

Pro e contro dell'uso dell'IA in ottica#

Con un mercato globale dell'ottica avanzata che dovrebbe raggiungere circa $628,80 miliardi entro il 2032, l'IA offre diversi vantaggi nel campo dell'ottica. Ecco alcuni dei principali:

• Prototipazione rapida: l’IA può accelerare il processo di prototipazione, consentendo ai designer di testare rapidamente e perfezionare iterativamente nuovi modelli di occhiali.
• Maggiore durabilità: le tecniche di ottimizzazione che utilizzano l'IA possono aiutare a selezionare i materiali per realizzare occhiali più resistenti e durevoli.
• Sostenibilità: la produzione basata sull'IA può ridurre gli sprechi e migliorare la sostenibilità del processo produttivo ottimizzando l'uso delle risorse.
• Integrazione con la tecnologia intelligente: tecnologie come l'IA possono facilitare l'integrazione di funzionalità intelligenti negli occhiali, come la realtà aumentata (AR) e il monitoraggio dell'attività fisica.

Anche se è vero che l'IA offre molti vantaggi in ottica, dobbiamo tenere presenti le difficoltà e le considerazioni etiche da affrontare quando si utilizzano tecnologie di IA.

Fig. 4. Sfide legate all’adozione dell’IA nella cura degli occhi (fonte: thelancet.com).

Ecco alcune difficoltà legate all'uso dell'IA in ottica:

• Costi di implementazione elevati: l’implementazione della tecnologia IA può richiedere investimenti finanziari significativi per lo sviluppo, l’integrazione e la formazione.
• Competenze tecniche necessarie: l'uso di soluzioni di IA richiede conoscenze e competenze specialistiche, che potrebbero rendere necessarie ulteriore formazione e nuove assunzioni.
• Sfide normative: rispettare le normative sull'IA nell'assistenza sanitaria può essere complesso e richiede di mantenersi aggiornati sugli standard in evoluzione.
• Difficoltà di integrazione: aggiungere l'IA ai sistemi esistenti può essere complesso e richiedere molto tempo, oltre a cambiamenti significativi nei flussi di lavoro attuali.

Il futuro e le normative dell'IA nelle tecnologie ottiche#

Secondo una revisione pubblicata su PubMed Central, i sistemi di IA hanno ottenuto risultati pari o persino migliori rispetto a quelli di oftalmologi esperti in attività come il rilevamento e la classificazione della retinopatia diabetica. Tuttavia, nonostante questi risultati promettenti, pochissimi sistemi di IA sono stati implementati in contesti clinici reali. Ciò è dovuto a sfide come la distorsione dei dati e la tutela della privacy.

Per affrontare queste sfide, servono nuove norme e regolamenti sull’uso dell’IA in ottica. In paesi come gli Stati Uniti, i governi statali stanno già iniziando a regolamentare l’IA in ambito sanitario per prevenire la discriminazione e proteggere la privacy dei pazienti. È probabile che inizieremo a vedere correzioni della vista personalizzate, con l’IA che crea soluzioni su misura per ogni paziente. Questo consentirebbe di realizzare occhiali e trattamenti più adatti alle esigenze di ciascuno.

Un altro ambito dell’ottica che potrebbe diventare popolare in futuro grazie all’IA è la teleoftalmologia. La teleoftalmologia consiste nell’utilizzare la telemedicina per fornire a distanza servizi di cura degli occhi. Immagina di scattare una foto del tuo occhio e di farla analizzare da un modello di IA per ricevere informazioni sulla salute oculare. L’IA può portare i servizi di cura degli occhi direttamente a casa delle persone e svolgere un ruolo fondamentale nella diagnosi e nelle opzioni terapeutiche a distanza. È particolarmente utile per chi vive in aree remote o poco servite e può contribuire a garantire cure tempestive ed efficaci.

Fig. 5. L'IA può essere integrata nei flussi di lavoro per sottoporre i pazienti a screening oculistici.

Prospettive promettenti per l'IA e l'ottica#

L’IA sta trasformando rapidamente il settore dell’ottica, dalla sanità alla produzione. Migliora le diagnosi mediche, personalizza i trattamenti e ottimizza i processi produttivi. Sebbene esistano sfide legate alla conformità normativa e alla privacy dei dati, i potenziali vantaggi sono significativi. Grazie ai progressi nell’ottica, l’IA è destinata a trasformare il modo in cui vediamo e interagiamo con il mondo.

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