Dos cuidados oftalmológicos à fibra ótica: O papel da IA na ótica

A óptica é o estudo da luz e das suas interações com diferentes materiais. Pode parecer apenas mais um tópico relacionado com a ciência, mas na verdade é muito importante e está muito presente no nosso dia a dia. Ao longo dos anos, muitas indústrias incorporaram tecnologias baseadas na óptica para criar soluções inovadoras. Por exemplo, na oftalmologia, a óptica é utilizada para desenvolver lentes corretivas, lentes de contato e procedimentos cirúrgicos como o LASIK. No manufacturing, a óptica desempenha um papel importante no desenvolvimento de câmaras, telescópios, binóculos e redes de fibra ótica para uma comunicação mais rápida.

A inteligência artificial (AI) está a ser utilizada para melhorar muitas destas soluções baseadas na óptica. Por exemplo, a predictive analytics pode ajudar a determinar quais os pacientes que beneficiariam mais de cirurgias complexas como o LASIK. Neste artigo, vamos explorar como a AI está a ser utilizada na óptica, e compreender os benefícios que oferece e os desafios que apresenta. Vamos começar!

Como a IA é usada no campo da óptica?#

Primeiro, vamos compreender algumas das aplicações da AI na óptica, tais como a oftalmologia, o manufacturing de dispositivos óticos e a comunicação de rede através de fibras óticas.

IA na oftalmologia e optometria#

Hoje em dia, a AI in healthcare está a tornar-se mais comum. Especificamente na óptica, a AI está a redefinir áreas como a oftalmologia e a optometria. A oftalmologia envolve o diagnóstico e tratamento de distúrbios oculares, enquanto a optometria envolve a avaliação dos olhos para problemas de visão e a prescrição de lentes corretivas. A AI está a ser utilizada para diagnóstico, tratamento personalizado e melhoria da eficiência nos cuidados de visão.

Por exemplo, os sistemas de AI podem ajudar a detetar sinais precoces de doenças como o glaucoma e a retinopatia diabética. De acordo com a Glaucoma Research Foundation, mais de three million pessoas têm glaucoma só nos EUA, mas apenas metade delas tem consciência disso. Estes sistemas podem detetar precocemente essas doenças oculares e iniciar o tratamento mais cedo para prevenir a cegueira.

O Automated Retinal Disease Assessment (ARDA) da Google é um excelente exemplo de como a vision AI pode melhorar os cuidados oculares. A Google uniu-se a um grande grupo de oftalmologistas para treinar um modelo de AI utilizando mais de 100 000 exames à retina. O objetivo era criar um sistema que pudesse detect a retinopatia diabética utilizando image classification. Uma das maiores vantagens do ARDA é o facto de poder ser utilizado em países em desenvolvimento onde o acesso a cuidados oculares pode ser limitado.

Fig 1. Utilização de AI para detetar a retinopatia diabética.

Fabricação e design de dispositivos ópticos impulsionados por IA#

A AI também está a dar cartas no design e fabrico de vários dispositivos óticos. No que diz respeito ao aspeto do design, a generative AI pode ser útil para conceber rapidamente dispositivos óticos. Os sistemas de AI podem então intervir para monitorizar os processos de fabrico e ajudar a reduzir custos. Por fim, a AI e a computer vision podem ser utilizadas para inspecionar e detetar quaisquer falhas em produtos fabricados, como cabos de fibra ótica ou lentes, que o olho humano possa deixar escapar.

Para esse fim, muitas empresas estão analisando o uso de IA para projetar e fabricar lentes de última geração. Líder na indústria de lentes oftálmicas, a EssilorLuxottica coletou grandes quantidades de dados anonimizados de pedidos de lentes, dados de testes e estudos internos. Eles estão usando IA para extrair conhecimento desses dados, como insights sobre o estilo de vida do consumidor e métricas de desempenho das lentes, e usando isso para melhorar os designs das lentes. Eles também estão usando IA comportamental para projetar sua última geração de lentes varifocais. Isso leva em conta o comportamento espacial do paciente (como ele move a cabeça e os olhos para visualizar o ambiente ao seu redor) para projetar lentes mais confortáveis.

Fig 2. A nova linha de lentes progressivas da Essilor, a série Varilux® XR™, foi desenhada com recurso a AI.

Aqui estão alguns dos benefícios de usar IA para projetar óculos:

• Personalização: A IA pode ajudar a criar óculos personalizados que são adaptados às necessidades específicas de cada paciente, melhorando tanto o conforto quanto a eficácia.
• Modelagem de comportamento: Ao prever o comportamento visual e os movimentos oculares, a IA pode ser usada para desenvolver lentes que sejam mais intuitivas e de alto desempenho.
• Melhores resultados para o paciente: Os óculos projetados por IA podem proporcionar uma correção de visão ideal, reduzindo problemas como fadiga ocular, dores de cabeça e o "efeito de nado".
• Adaptabilidade às necessidades modernas: Usar IA para projetar óculos torna possível atender às demandas visuais da vida moderna, como alternar frequentemente entre dispositivos digitais e outras tarefas.

A visão computacional potencializa a experimentação virtual de óculos#

Depois de ires ao oftalmologista, obteres uma receita e decidires o tipo de lentes de que precisas, o passo seguinte é normalmente ires a uma loja e experimentares óculos. No entanto, a tecnologia de computer vision reinventou o processo de retail através de testes virtuais de óculos no conforto da tua casa. Empresas como a Lenskart começaram a utilizar esta inovação para melhorar a experiência do cliente.

Utilizando algoritmos avançados e realidade aumentada (AR), a computer vision consegue mapear as características do teu rosto em tempo real. Ao fazê-lo, os modelos 3D de óculos podem ser sobrepostos de forma harmoniosa no teu vídeo em direto. Os óculos virtuais parecem mover-se naturalmente com a tua cabeça e ajustam-se aos ângulos e à iluminação para proporcionar uma vista realista de como diferentes armações vão ficar. Com a adição de machine learning, estes sistemas podem inclusive oferecer recomendações de armações personalizadas com base na tua facial structure e preferências de estilo.

Comunicação de rede óptica com IA e fibra óptica#

E se sua conexão de internet super rápida pudesse ser ainda mais rápida? É exatamente isso que os algoritmos de IA podem fazer pelos cabos de fibra óptica. Esses cabos são como rodovias de alta velocidade para informações digitais, e a IA pode ajudar a implantar, gerenciar e melhorar seu desempenho.

Ao otimizar os designs de Outside Plant (OSP), a AI torna a expansão das redes de banda larga mais eficiente e eficaz. OSP refere-se a toda a cablagem física e infraestrutura necessária para fornecer serviços de internet, incluindo cabos de fibra ótica, condutas e equipamentos relacionados que são instalados fora dos edifícios. A AI pode ajudar a simular vários cenários de design para identificar as soluções mais eficientes e económicas. Tarefas como a gestão da capacidade de largura de banda com base na procura tornam-se mais simples. No geral, as tarefas de design que costumavam demorar 45 a 60 dias devido a correções, contactos de seguimento repetidos e processos manuais podem agora ser concluídas em apenas 25 days with AI.

Fig 3. Uma imagem de um engenheiro de OSP a trabalhar.

A AI também pode melhorar o planeamento de rotas de fibra ao analisar dados históricos e prever a procura futura utilizando algoritmos avançados de machine learning. Computer vision techniques como a segmentation podem ser utilizadas para inspecionar a qualidade da fibra e detetar falhas. Ao descobrir problemas mais cedo, estes podem ser resolvidos mais rapidamente, minimizando o tempo de inatividade e os custos de manutenção. Ao tornar estes processos mais eficientes, a AI não só acelera a implementação da banda larga como também melhora a fiabilidade e a qualidade dos serviços de internet, beneficiando em última análise tanto as comunidades urbanas como as remotas.

Prós e contras de usar IA na óptica#

Com a expetativa de que o mercado global de óptica avançada cresça para aproximadamente $628.80 billion até 2032, a AI oferece vários benefícios no campo da óptica. Eis algumas das principais vantagens:

• Prototipagem rápida: A IA pode acelerar o processo de prototipagem, permitindo que os designers testem e iterem rapidamente novos designs de óculos.
• Durabilidade aprimorada: Técnicas de otimização que usam IA podem ajudar a selecionar materiais para produzir óculos mais duráveis e resistentes.
• Sustainability: o fabrico impulsionado por AI pode reduzir o desperdício e melhorar a sustentabilidade do processo de produção através da otimização da utilização de recursos.
• Integration with smart technology: tecnologias como a AI podem facilitar a integração de funcionalidades inteligentes nos óculos, tais como a realidade aumentada (AR) e o fitness tracking.

Embora seja verdade que a AI traz muitos benefícios para a óptica, precisamos de ter em mente os desafios e as ethical considerations que devem ser abordados ao utilizar tecnologias de AI.

Fig 4. Desafios relacionados à adoção de IA nos cuidados com a visão (Fonte: thelancet.com).

Aqui estão alguns dos desafios com o uso de IA na óptica:

• High implementation costs: a implementação de tecnologia de AI pode exigir um investimento financeiro significativo para desenvolvimento, integração e treino.
• Necessidade de habilidades técnicas: Usar soluções de IA exige conhecimentos e habilidades especializados, o que pode significar treinamento extra e contratações.
• Desafios regulatórios: Cumprir os regulamentos para IA na saúde pode ser complexo e exige manter-se atualizado com padrões em evolução.
• Desafios de integração: Adicionar IA a sistemas existentes pode ser complexo e demorado, exigindo mudanças significativas nos fluxos de trabalho atuais.

O futuro e as regulamentações da IA em tecnologias ópticas#

De acordo com o National Institute of Health (USA), os sistemas de AI tiveram um desempenho igual ou mesmo superior ao de oftalmologistas experientes em tarefas como a deteção e classificação da retinopatia diabética. No entanto, apesar destes resultados promissores, muito poucos sistemas de AI foram implementados em ambientes clínicos reais. Isto deve-se a desafios como o viés de dados e a privacidade.

Para enfrentar estes desafios, são necessárias novas regras e regulamentos para a utilização de AI na óptica. Em países como os EUA, os governos estaduais já estão a beginning to regulate AI no setor da healthcare para evitar a discriminação e proteger a patient privacy. É provável que comecemos a ver correção de visão personalizada, com a AI a criar soluções à medida para cada paciente. Isto resultaria em óculos e tratamentos concebidos para se adaptarem melhor às necessidades de cada pessoa.

Outro campo da óptica que poderá tornar-se popular no futuro devido à AI is teleophthalmology. A teleoftalmologia é a utilização da telemedicina para prestar serviços de cuidados oculares à distância. Imagina tirar uma fotografia do teu olho e um modelo de AI analisá-la para te informar sobre a tua saúde ocular. A AI pode levar os cuidados oculares diretamente à porta de casa de uma pessoa e desempenhar um papel fundamental na disponibilização de opções de diagnóstico e tratamento à distância. É especialmente benéfica para pessoas em zonas remotas ou com acesso limitado e pode ajudar a garantir que recebem cuidados atempados e eficazes.

Fig 5. A AI pode ser integrada em fluxos de trabalho para rastrear pacientes relativamente a problemas de cuidados oculares.

Uma perspectiva brilhante para a IA e a óptica#

A IA está mudando rapidamente o campo da óptica, desde a saúde até a fabricação. Ela está aprimorando diagnósticos médicos, personalizando tratamentos e otimizando processos de produção. Embora existam desafios como conformidade regulatória e privacidade de dados, os benefícios potenciais são imensos. A IA está pronta para transformar como vemos e interagimos com o mundo por meio de avanços na óptica.

Vamos aprender e crescer juntos! Explora o nosso GitHub repository para ver as nossas contribuições para a AI. Vê como estamos a redefinir indústrias como self-driving cars e agriculture com a AI. 🚀