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

Оптика — это наука о свете и его взаимодействии с различными материалами. Может показаться, что это просто еще одна научная тема, но оптика играет важную роль и постоянно присутствует в нашей повседневной жизни. За прошедшие годы многие отрасли внедрили технологии на основе оптики для создания инновационных решений. Например, в офтальмологии оптику используют при разработке корректирующих и контактных линз, а также при проведении хирургических операций, таких как LASIK. В производстве оптика играет важную роль в разработке камер, телескопов, биноклей и волоконно-оптических сетей для более быстрой связи.

Искусственный интеллект (AI) помогает совершенствовать многие оптические решения. Например, прогнозная аналитика может помочь определить, каким пациентам сложные операции, такие как LASIK, принесут наибольшую пользу. В этой статье мы расскажем, как ИИ применяют в оптике, какие преимущества он даёт и с какими проблемами сопряжён.

Как ИИ применяют в области оптики?#

Сначала разберёмся в некоторых областях применения ИИ в оптике: офтальмологии, производстве оптических устройств и сетевой связи по оптоволокну.

ИИ в офтальмологии и оптометрии#

Сегодня ИИ в здравоохранении становится все более распространенным. В частности, в оптике ИИ меняет такие области, как офтальмология и оптометрия. Офтальмология занимается диагностикой и лечением заболеваний глаз, а оптометрия — проверкой зрения и подбором корректирующих линз. ИИ применяют для диагностики, персонализированного лечения и повышения эффективности офтальмологической помощи.

Например, системы ИИ помогают обнаруживать 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 помогают врачам раньше выявлять болезни глаз и начинать лечение, чтобы предотвратить слепоту.

Система автоматизированной оценки заболеваний сетчатки (ARDA) от Google — отличный пример того, как ИИ для компьютерного зрения может улучшить офтальмологическую помощь. Google объединилась с большой группой офтальмологов, чтобы обучить модель ИИ на более чем 100 000 снимков сетчатки. Целью было создать систему, способную выявлять диабетическую ретинопатию с помощью классификации изображений. Одно из главных преимуществ ARDA — возможность использовать систему в развивающихся странах, где доступ к офтальмологической помощи может быть ограничен.

Рис. 1. Выявление диабетической ретинопатии с помощью ИИ.

Производство и проектирование оптических устройств с помощью ИИ#

ИИ также меняет подходы к проектированию и производству оптических устройств. На этапе проектирования генеративный ИИ может помочь быстро создавать оптические устройства. Затем системы ИИ могут контролировать производственные процессы и снижать расходы. Наконец, ИИ и компьютерное зрение можно использовать для проверки готовой продукции, например оптоволоконных кабелей или линз, и обнаружения дефектов, которые может не заметить человеческий глаз.

Поэтому многие компании рассматривают возможность применения ИИ для проектирования и производства передовых линз. EssilorLuxottica, ведущий производитель офтальмологических линз, собрала огромный объем обезличенных данных о заказах на линзы, результатах испытаний и внутренних исследованиях. Компания использует ИИ, чтобы извлекать из этих данных сведения об образе жизни потребителей и показателях эффективности линз, а затем улучшать конструкцию линз. Кроме того, для проектирования нового поколения прогрессивных линз компания применяет поведенческий ИИ. При этом учитываются особенности зрительного поведения пациента в пространстве — то, как он двигает головой и глазами, чтобы видеть окружающий мир. Благодаря этому линзы становятся удобнее.

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

Вот некоторые преимущества использования ИИ при разработке очков:

• Персонализация: ИИ помогает создавать очки с учетом индивидуальных потребностей каждого пациента, повышая их удобство и эффективность.
• Моделирование поведения: прогнозируя зрительное поведение и движения глаз, ИИ помогает разрабатывать более удобные и эффективные линзы.
• Улучшение результатов лечения: Очки, разработанные с помощью ИИ, могут оптимально корректировать зрение и уменьшать такие проблемы, как напряжение глаз, головные боли и «эффект плавания».
• Адаптация к современным потребностям: Благодаря ИИ очки можно проектировать с учетом зрительных нагрузок современной жизни, например частого переключения между цифровыми устройствами и другими задачами.

Компьютерное зрение позволяет виртуально примерять очки#

После посещения офтальмолога, получения рецепта и выбора нужного типа линз следующим шагом обычно становится поход в магазин, чтобы примерить очки. Однако благодаря виртуальной примерке очков технология компьютерного зрения изменила процесс покупок: теперь примерить очки можно, не выходя из дома. Такие компании, как Lenskart, уже используют эту инновацию, чтобы улучшать покупательский опыт.

С помощью продвинутых алгоритмов и дополненной реальности (AR) компьютерное зрение может в реальном времени построить карту черт твоего лица. Затем 3D-модели очков накладываются на видеопоток с камеры. Виртуальные очки могут естественно двигаться вместе с головой и адаптироваться к углу обзора и освещению, реалистично показывая, как будут выглядеть разные оправы. Благодаря машинному обучению такие системы могут даже предлагать оправы с учётом строения лица и стилевых предпочтений.

Связь по оптическим сетям с помощью ИИ и волоконной оптики#

Что, если бы интернет-соединение стало ещё быстрее и надёжнее? Алгоритмы ИИ могут помочь этого добиться в оптоволоконных сетях. Такие кабели — скоростные магистрали для цифровой информации, а ИИ помогает прокладывать их, управлять ими и повышать их производительность.

Оптимизируя проекты внешней инфраструктуры (OSP), ИИ помогает эффективнее и проще расширять широкополосные сети. OSP включает всю кабельную инфраструктуру и оборудование, необходимые для предоставления интернет-услуг, в том числе проложенные вне зданий волоконно-оптические кабели, каналы и сопутствующее оборудование. ИИ помогает моделировать различные варианты проекта и находить наиболее эффективные и экономичные решения. Благодаря этому упрощаются такие задачи, как управление пропускной способностью с учетом спроса. В целом проектирование, на которое раньше уходило 45–60 дней из-за переделок, повторных согласований и ручных процессов, теперь с ИИ можно завершить всего за 25 дней.

Рис. 3. Инженер OSP за работой.

ИИ также помогает планировать маршруты волоконно-оптических кабелей: он анализирует исторические данные и прогнозирует будущий спрос с помощью передовых алгоритмов машинного обучения. Для проверки качества оптоволокна и выявления неисправностей можно применять методы компьютерного зрения, например сегментацию. Если обнаруживать проблемы на ранней стадии, их можно быстрее устранить, сократив простои и расходы на обслуживание. Повышая эффективность этих процессов, ИИ ускоряет развертывание широкополосных сетей, а также повышает надежность и качество интернет-услуг, принося пользу жителям городов и отдаленных районов.

Преимущества и недостатки применения ИИ в оптике#

Ожидается, что к 2032 году объем мирового рынка передовой оптики вырастет примерно до $628,80 млрд. ИИ дает ряд преимуществ в этой области. Вот некоторые из них:

• Быстрое прототипирование: ИИ ускоряет создание прототипов, позволяя дизайнерам быстро тестировать и дорабатывать новые модели очков.
• Повышенная прочность: Методы оптимизации на основе ИИ помогают выбирать материалы для создания более прочных и долговечных очков.
• Экологичность: Производство с применением ИИ позволяет сократить количество отходов и сделать производственный процесс экологичнее за счет оптимизации использования ресурсов.
• Интеграция с интеллектуальными технологиями: Такие технологии, как ИИ, упрощают интеграцию в очки интеллектуальных функций, например дополненной реальности (AR) и отслеживания физической активности.

ИИ действительно приносит оптике много пользы, но при применении ИИ-технологий важно учитывать проблемы и этические аспекты, требующие внимания.

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

Вот некоторые сложности, связанные с применением ИИ в оптике:

• Высокие затраты на внедрение: Внедрение технологий ИИ может потребовать значительных финансовых вложений в разработку, интеграцию и обучение.
• Необходимость технических навыков: Для работы с решениями на основе ИИ нужны специальные знания и навыки, поэтому может потребоваться дополнительное обучение и наем сотрудников.
• Сложности регулирования: Соблюдение требований к использованию ИИ в здравоохранении может быть непростым: необходимо следить за изменениями стандартов.
• Сложности интеграции: Внедрение ИИ в существующие системы может быть сложным и длительным процессом, требующим существенных изменений в текущих рабочих процессах.

Будущее ИИ в оптических технологиях и их регулирование#

Согласно обзору, опубликованному в PubMed Central, системы ИИ справляются с выявлением и оценкой степени диабетической ретинопатии не хуже, а иногда и лучше опытных офтальмологов. Однако, несмотря на многообещающие результаты, очень немногие системы ИИ внедрены в реальные клинические учреждения. Причина — такие проблемы, как смещение данных и вопросы конфиденциальности.

Чтобы решить эти проблемы, нужны новые правила и нормы применения ИИ в оптике. В таких странах, как США, власти штатов уже начинают регулировать применение ИИ в здравоохранении, чтобы предотвратить дискриминацию и защитить конфиденциальность пациентов. В будущем, вероятно, появится персонализированная коррекция зрения: ИИ будет создавать индивидуальные решения для каждого пациента. Это позволит подбирать очки и лечение с учётом потребностей каждого человека.

Ещё одна область оптики, которая может стать популярной благодаря ИИ, — телеофтальмология. Телеофтальмология — это оказание офтальмологических услуг дистанционно с помощью телемедицины. Представь, что ты фотографируешь глаз, а модель ИИ анализирует снимок и сообщает о состоянии твоего зрения. ИИ может сделать офтальмологическую помощь доступной прямо у пациента дома и сыграть ключевую роль в дистанционной диагностике и лечении. Это особенно полезно для жителей отдалённых районов и регионов с ограниченным доступом к медицине, помогая им своевременно получать качественную помощь.

Рис. 5. ИИ можно интегрировать в рабочие процессы, чтобы выявлять проблемы со зрением у пациентов.

Оптимистичные перспективы ИИ и оптики#

ИИ быстро меняет оптику — от здравоохранения до производства. Он повышает точность диагностики, помогает персонализировать лечение и оптимизирует производственные процессы. Несмотря на проблемы с соблюдением нормативных требований и защитой данных, потенциальные преимущества значительны. Благодаря достижениям в оптике ИИ готов изменить то, как мы видим мир и взаимодействуем с ним.

Давай учиться и развиваться вместе! Загляни в наш репозиторий GitHub, чтобы узнать о наших достижениях в области ИИ. Посмотри, как мы меняем такие отрасли, как беспилотные автомобили и сельское хозяйство, с помощью ИИ.