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miércoles, junio 12, 2024

La tecnología de Rastreo Ocular avanza con circuito láser

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El uso de la tecnología de rastreo ocular puede dar un salto exponencial al ser combinada con la tecnología láser.

Si bien las computadoras han avanzado significativamente en su capacidad de procesamiento de archivos cada vez más pesados, y de almacenamiento cada vez mayor, la experiencia de interfaces no ha cambiado mucho en los últimos treinta años: seguimos dependiendo de una pantalla, un teclado y un mouse.

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Pero algunos avances en la tecnología de rastreo ocular podrían cambiar esta experiencia radicalmente.

Dentro de la tecnología de Interfaces Cerebro-Computadora (BCI, por sus siglas en inglés) los dispositivos de rastreo ocular se han convertido en una interfaz popular para modular las funciones sensorio motoras y cognitivas.

 

El rastreo ocular ha hecho que los ojos sean el mouse del futuro

La tecnología de rastreo ocular ha sido usada para llevar a cabo diferentes tareas de interfaz como selección, manipulación, navegación.

Pero más allá de las tareas operativas, el análisis de datos del eye tracking aporta valiosa información sobre procesos cognitivos como fatiga, sobrecarga mental, etc.

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Este vídeo de la empresa Tobii Dynavox muestra cómo se usa el eye tracking para operación de ordenadores.

 

Esto sugiere que la tecnología de rastreo ocular puede significar una alternativa o un complemento en las aplicaciones BCI.

Es como si el mouse que usas en tu computadora actual, pudiera proveer información sobre tu nivel de estrés, tu cansancio, tu nivel de sueño, etc.

En futuros sistemas de Realidad Aumentada (AR), los ojos se convertirán en un una interfaz de usuario clave, reemplazando

  • cursores
  • touch screens
  • touch pads
  • teclados

para llevar a cabo intenciones con los ojos, y al mismo tiempo, proveer información sobre cargas cognitivas.

Por esto, la fusión entre la atención visual y las tareas operativas de interfaz es de mucho interés para diferentes aplicaciones.

 

Rastreo ocular con lentes de contacto

Al mismo tiempo, recientes avances en la microelectrónica y nano-fabricación de sustratos flexibles han permitido la incorporación de sensores, circuitos y otros componentes dentro de lentes de contacto.

Por ejemplo, un grupo de investigadores de la universidad francesa IMT Atlantique, han demostrado cómo un lente de contacto que incorpora un circuito de emisión de láser, puede ser útil para facilitar el rastreo ocular, particularmente en aplicaciones en las que el eye tracker debe ser integrado en ambientes restringidos, como por ejemplo, gafas VR, o displays head-up habilitados con AR (AR HUD).

Gafas y un lente de contacto escleral con un circuito láser, montado en un prototipo de ojo.

 

Tecnología láser en sistemas de rastreo ocular

La principal aplicación de la tecnología láser en sistemas de eye tracking es habilitar a los usuarios con discapacidades físicas que no pueden manipular o interactuar con los dispositivos de la manera normal. 

Los láseres conectados o montados en la cabeza se han utilizado para ayudar a las personas con discapacidades, incluidas la ELA y la parálisis cerebral.

Sin embargo, también hay una clase de tareas para las cuales simplemente mirar es en sí mismo un método de interacción natural. 

Estas tareas generalmente implican apuntar, seleccionar, etc. a través de un vector 3D en el espacio: la dirección de la mirada. 

Aunque todas estas acciones son aplicables a tareas en una interfaz de usuario de computadora estándar (pantalla 2D), y se ha demostrado bien el control visual de tareas informáticas comunes (controlar un mouse, abrir correo electrónico, escribir documentos, etc.), estas aplicaciones ya están quedando en el plano de lo básico en cuanto al potencial de nuestros ojos para interactuar con las computadoras. 

Con la excepción de los casos que involucran a personas discapacitadas, tales tareas en una pantalla generalmente se realizan de manera mucho más eficiente con un teclado y un mouse estándar o una pantalla táctil. 

tecnología de rastreo ocular con láser
Sistema de detección de la dirección de la mirada. Cada ojo usa un lente de contacto escleral al que le ha sido incrustado un circuito láser (CL). El ház del láser es reflejado por un divisor de haz hacia una cámara IR colocada arriba de los ojos.

 

¿Cuál es la ventaja de usar láser en sistemas de rastreo ocular?

La mayoría de las soluciones de seguimiento ocular comerciales se basan en la obtención de imágenes de los ojos, en un sistema de «rebote». Es decir, el ojo dirige la vista, y un eye tracker trata de calcular la dirección de la misma. Esto implica

  • iluminar los ojos con fuentes de luz IR
  • registrar varios MB de información con cámaras rápidas y 
  • procesar esta información para extraer, a partir de la posición de reflexión de la pupila y la córnea, la dirección de la mirada a altas frecuencias. 

Pero la obtención de imágenes puede verse limitada por una serie de factores, como 

  • la pigmentación del iris
  • el uso de anteojos y
  • la luz solar

Aquí es donde la tecnología láser muestra su mayor ventaja. La idea consiste en encapsular un puntero láser o una fuente emisora de luz en un lente de contacto para materializar la dirección de la mirada, simplificando considerablemente su cálculo. 

Además, los ojos pueden representar un método de interacción natural en interacciones espaciales con objetos ambientales en el mundo real (no directamente al alcance), donde estas interfaces estándar fallan.

 

Los retos del uso de láser en sistemas de rastreo ocular

Siendo una tecnología en desarrollo, es normal encontrar algunos retos que los investigadores están sorteando para llevar este avance hacia la adopción masiva.

La siguiente etapa en el desarrollo de esta tecnología es encontrar un circuito de emisión de láser que tenga la suficiente divergencia de haz para proyectar un patrón preciso a una distancia de los ojos mayor a unos pocos centímetros.

Otra limitante que tiene esta tecnología, es que para ser aprobada por entidades regulatorias, existe un límite en la carga de poder permitido en dispositivos usados en el cuerpo humano.

Pero una vez resueltos estos obstáculos, la tecnología de rastreo ocular equipada con láser abrirá nuevas aplicaciones en las interacciones humano-computadora, específicamente en la tecnología BCI.

Interfaz cerebro computadora
Un algoritmo interpreta patrones de señales eléctricas del cerebro de un paciente a medida que pensaba en escribir letras. Esta es una de las aplicaciones de las interfaces cerebro-computadora (BCI). | NATURE 2021.

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