От ухода за глазами до волоконной оптики: роль ИИ в оптике

Оптика — это наука о свете и его взаимодействии с различными материалами. Это может звучать как очередная тема, связанная с естественными науками, но на самом деле оптика очень важна и повсеместно присутствует в нашей повседневной жизни. За прошедшие годы многие отрасли внедрили технологии на основе оптики для создания инновационных решений. Например, в офтальмологии оптику используют для разработки корректирующих линз, контактных линз и хирургических процедур, таких как LASIK. В производстве оптика играет важную роль в разработке камер, телескопов, биноклей и оптоволоконных сетей для более быстрой связи.

Искусственный интеллект (AI) используется для совершенствования многих решений на основе оптики. Например, предиктивная аналитика может помочь определить, каким пациентам сложные операции, такие как LASIK, принесут наибольшую пользу. В этой статье мы рассмотрим, как AI используется в оптике, а также разберём его преимущества и возникающие проблемы. Давай начнём!

Как AI используется в области оптики?#

Сначала разберём некоторые применения AI в оптике, например в офтальмологии, производстве оптических устройств и сетевой связи с помощью оптоволокна.

AI в офтальмологии и оптометрии#

Сегодня AI в здравоохранении используется всё шире. В частности, в области оптики AI меняет такие направления, как офтальмология и оптометрия. Офтальмология занимается диагностикой и лечением заболеваний глаз, а оптометрия — проверкой зрения и подбором корректирующих линз. AI используется для диагностики, персонализированного лечения и повышения эффективности ухода за зрением.

Например, системы AI могут помочь обнаружить ранние признаки таких заболеваний, как глаукома и диабетическая ретинопатия. По данным Glaucoma Research Foundation, только в США глаукомой страдают более трёх миллионов человек, но лишь половина из них знает о своём заболевании. Такие системы могут на раннем этапе выявлять заболевания глаз и быстрее начинать лечение, чтобы предотвратить слепоту.

Автоматизированная оценка заболеваний сетчатки (ARDA) от Google — отличный пример того, как AI для компьютерного зрения может улучшить уход за зрением. Google объединилась с большой группой офтальмологов, чтобы обучить модель AI на более чем 100 000 сканах сетчатки. Цель заключалась в создании системы, способной обнаруживать диабетическую ретинопатию с помощью классификации изображений. Одно из главных преимуществ ARDA заключается в том, что её можно использовать в развивающихся странах, где доступ к офтальмологической помощи может быть ограничен.

Рис. 1. Использование AI для выявления диабетической ретинопатии.

Производство и разработка оптических устройств с помощью AI#

AI также активно применяется при разработке и производстве различных оптических устройств. В части разработки генеративный AI может пригодиться для быстрого проектирования оптических устройств. Затем системы AI могут контролировать производственные процессы и помогать сокращать затраты. Наконец, AI и компьютерное зрение можно использовать для проверки и выявления дефектов в таких произведённых изделиях, как оптоволоконные кабели или линзы, которые человеческий глаз может не заметить.

Поэтому многие компании изучают возможности применения AI для разработки и производства современных линз. EssilorLuxottica, лидер индустрии офтальмологических линз, собрала огромный объём анонимизированных данных о заказах линз, результатах испытаний и внутренних исследованиях. Компания использует AI для извлечения из этих данных полезной информации, например сведений об образе жизни потребителей и показателей эффективности линз, а затем применяет её для улучшения дизайна линз. Также компания использует поведенческий AI для разработки своего последнего поколения прогрессивных линз. При этом учитывается пространственное поведение пациента — то, как он двигает головой и глазами, чтобы видеть окружающее пространство, — для создания более удобных линз.

Рис. 2. Новая линейка прогрессивных линз Essilor — серия Varilux® XR™ — разработана с помощью AI.

Вот некоторые преимущества использования AI при разработке очков:

• Персонализация: AI помогает создавать индивидуальные очки с учётом конкретных потребностей каждого пациента, повышая комфорт и эффективность.
• Моделирование поведения: прогнозируя зрительное поведение и движения глаз, AI можно использовать для разработки более интуитивных и эффективных линз.
• Лучшие результаты лечения: очки, разработанные с помощью AI, обеспечивают оптимальную коррекцию зрения и уменьшают такие проблемы, как напряжение глаз, головные боли и «эффект плавания».
• Адаптация к современным потребностям: использование AI при разработке очков позволяет учитывать зрительные нагрузки современной жизни, например частое переключение между цифровыми устройствами и другими задачами.

Компьютерное зрение обеспечивает виртуальную примерку очков#

После посещения офтальмолога, получения рецепта и выбора нужного типа линз следующим шагом обычно становится поход в магазин для примерки очков. Однако технология компьютерного зрения переосмыслила процесс розничной торговли, предложив виртуальную примерку очков не выходя из дома. Такие компании, как Lenskart, начали использовать эту инновацию для улучшения клиентского опыта.

С помощью продвинутых алгоритмов и дополненной реальности (AR) компьютерное зрение может в реальном времени отображать особенности твоего лица. Благодаря этому 3D-модели очков можно плавно накладывать на изображение с камеры. Виртуальные очки могут естественно двигаться вместе с головой, подстраиваться под углы и освещение и реалистично показывать, как будут выглядеть разные оправы. С добавлением машинного обучения такие системы могут даже предлагать персонализированные оправы на основе твоей структуры лица и стилевых предпочтений.

Связь в оптических сетях с помощью AI и оптоволокна#

Что, если твоё сверхбыстрое интернет-соединение могло бы стать ещё быстрее? Именно этого AI-алгоритмы могут добиться для оптоволоконных кабелей. Эти кабели подобны скоростным магистралям для цифровой информации, а AI помогает прокладывать их, управлять ими и повышать эффективность их работы.

Оптимизируя проекты внешней инфраструктуры (OSP), AI делает расширение широкополосных сетей более эффективным и результативным. OSP включает всю физическую кабельную инфраструктуру и оборудование, необходимые для предоставления интернет-услуг, включая оптоволоконные кабели, кабелепроводы и сопутствующее оборудование, устанавливаемые за пределами зданий. AI может моделировать различные варианты проектирования, чтобы выявлять наиболее эффективные и экономичные решения. Такие задачи, как управление пропускной способностью с учётом спроса, становятся проще. В целом проектные задачи, на выполнение которых раньше из-за переделок, повторных уточнений и ручных процессов требовалось 45–60 дней, теперь можно завершить всего за 25 дней с AI.

Рис. 3. Изображение инженера OSP за работой.

AI также может улучшить планирование маршрутов прокладки оптоволокна, анализируя исторические данные и прогнозируя будущий спрос с помощью продвинутых алгоритмов машинного обучения. Для проверки качества оптоволокна и выявления неисправностей можно использовать методы компьютерного зрения, такие как сегментация. Благодаря более раннему обнаружению проблем их можно быстрее устранять, сокращая простои и затраты на обслуживание. Повышая эффективность этих процессов, AI не только ускоряет развёртывание широкополосных сетей, но и повышает надёжность и качество интернет-услуг, что в итоге приносит пользу как городским, так и удалённым сообществам.

Плюсы и минусы использования AI в оптике#

Поскольку ожидается, что мировой рынок передовой оптики к 2032 году вырастет примерно до $628,80 млрд, AI предлагает несколько преимуществ в области оптики. Вот некоторые из ключевых преимуществ:

• Быстрое прототипирование: AI может ускорить процесс создания прототипов, позволяя дизайнерам быстро тестировать и дорабатывать новые дизайны очков.
• Повышенная прочность: методы оптимизации с использованием AI помогают выбирать материалы для создания более прочных и долговечных очков.
• Устойчивое развитие: производство с использованием AI может сокращать количество отходов и повышать экологичность производственного процесса за счёт оптимизации использования ресурсов.
• Интеграция с умными технологиями: такие технологии, как AI, могут способствовать внедрению в очки умных функций, например дополненной реальности (AR) и отслеживания физической активности.

Хотя AI действительно приносит оптике множество преимуществ, важно помнить о проблемах и этических аспектах, которые необходимо учитывать при использовании технологий AI.

Рис. 4. Проблемы, связанные с внедрением AI в офтальмологию (источник: thelancet.com).

Вот некоторые проблемы, связанные с использованием AI в оптике:

• Высокие затраты на внедрение: внедрение технологии AI может потребовать значительных финансовых вложений в разработку, интеграцию и обучение.
• Потребность в технических навыках: использование решений AI требует специальных знаний и навыков, а значит, может потребоваться дополнительное обучение и найм сотрудников.
• Регуляторные проблемы: соблюдение требований, регулирующих применение AI в здравоохранении, может быть сложным и требует отслеживания постоянно меняющихся стандартов.
• Проблемы интеграции: добавление AI в существующие системы может быть сложным и длительным процессом, требующим значительных изменений в текущих рабочих процессах.

Будущее и регулирование AI в оптических технологиях#

Согласно данным Национального института здравоохранения (США), системы AI справлялись с такими задачами, как выявление и оценка степени диабетической ретинопатии, не хуже опытных офтальмологов или даже лучше них. Однако, несмотря на многообещающие результаты, очень немногие системы AI были внедрены в реальных клинических условиях. Это связано с такими проблемами, как смещение данных и конфиденциальность.

Для решения этих проблем необходимы новые правила и нормы использования AI в оптике. В таких странах, как США, правительства штатов уже начинают регулировать AI в сфере здравоохранения, чтобы предотвращать дискриминацию и защищать конфиденциальность пациентов. Вероятно, мы начнём видеть персонализированную коррекцию зрения, при которой AI будет создавать индивидуальные решения для каждого пациента. В результате появятся очки и методы лечения, лучше соответствующие потребностям каждого человека.

Ещё одной областью оптики, которая может стать популярной в будущем благодаря AI, является телеофтальмология. Телеофтальмология — это использование телемедицины для дистанционного предоставления офтальмологических услуг. Представь, что ты фотографируешь свой глаз, а модель AI анализирует снимок и сообщает о состоянии твоего зрения. AI может сделать офтальмологическую помощь доступной прямо у человека дома и сыграть ключевую роль в дистанционной диагностике и лечении. Это особенно полезно для людей в удалённых регионах и районах с недостаточным доступом к медицинской помощи и помогает получать своевременное и эффективное лечение.

Рис. 5. AI можно интегрировать в рабочие процессы для скрининга пациентов на наличие офтальмологических проблем.

Перспективы AI и оптики#

AI стремительно меняет область оптики — от здравоохранения до производства. Он повышает точность медицинской диагностики, персонализирует лечение и оптимизирует производственные процессы. Несмотря на существующие проблемы, такие как соблюдение нормативных требований и защита конфиденциальности данных, потенциальные преимущества огромны. AI готов преобразить наше восприятие мира и взаимодействие с ним благодаря достижениям в области оптики.

Давай учиться и развиваться вместе! Загляни в наш репозиторий на GitHub, чтобы узнать о нашем вкладе в развитие AI. Посмотри, как мы меняем такие отрасли, как беспилотные автомобили и сельское хозяйство, с помощью AI. 🚀