Brille mit Autofokus

Bei Altersweitsichtigkeit brauchen Betroffene alle paar Jahre neue Brillen. Automatisch fokussierende Sehhilfen könnten sie überflüssig machen.

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(Bild: Stanford University)

Von
  • Veronika Szentpetery-Kessler

Noch erinnert Gordon Wetzsteins Prototyp eher an ein klobiges Virtual-Reality-Headset als an eine Sehhilfe. Doch tatsächlich erlaubt das Gerät einen besseren Blick auf die reale Realität. Es stellt nämlich genau da scharf, wo der Träger gerade hinblickt, und soll dadurch vor allem Altersweitsichtigkeit ausgleichen. Das tun herkömmliche Gleitsichtbrillen zwar auch, doch bei ihnen ist nur das Zentrum des Sichtfeldes richtig scharf, der Rand nicht. Also müssen Autofahrer den Kopf drehen, um etwa in den Rückspiegel zu schauen.

"Das macht viele Aktivitäten, bei denen man schnell und oft zwischen Nähe und Ferne wechseln muss, schwierig bis unmöglich", sagt Wetzstein, Assistenzprofessor für Elektrotechnik in Stanford. Er berichtet von Sportlern, die aus diesen Gründen etwa das Volleyballspielen aufgeben mussten, und von Musikern, die nicht mehr schnell genug zwischen Noten und Dirigenten hin- und herblicken konnten. Und selbst wenn es geeignete Bifokal-, Multifokal- und Gleitsichtbrillen gibt, brauchen Betroffene alle paar Jahre neue Gläser, wenn sich ihre Sehschärfe wieder verschlechtert hat.

TR 9/2019

Dieser Beitrag stammt aus Ausgabe 9/2019 der Technology Review. Das Heft ist ab 15.08.2019 im Handel sowie direkt im heise shop erhältlich. Highlights aus dem Heft:

Entsprechend groß ist der Bedarf an schlauen Brillen. "Mehr als eine Milliarde Menschen sind weitsichtig", sagt Wetzstein. Im Prinzip könnte Wetzsteins Brille auch Kurz- und Übersichtigkeit – eine meist genetisch bedingte Weitsichtigkeit – korrigieren. Allerdings hält er das für "Overkill", da beide Gruppen immer noch über einen relativ großen Bereich hinweg fokussieren könnten. Dafür reichen auch herkömmliche Gläser.

Wetzsteins Autofokus-Brille hingegen hat flüssigkeitsgefüllte Linsen. Kleine Servomotoren üben Druck auf deren Hüllmembran aus, wodurch sich Krümmung und Brennweite verändern. Nach einem ähnlichen Prinzip hatte Joshua Silver, Atomphysiker aus Oxford, bereits in den 80er-Jahren Lowtech-Linsen mit variabler Stärke entwickelt. Er befüllte dünne Plastikfolie mit Silikonöl und baute sie in handelsübliche Gestelle ein. Mit kleinen Spritzen an den Bügeln lässt sich Öl in die Linsen pumpen oder absaugen. So können Kurz- wie Weitsichtige nach kurzer Schulung die Brennweite selbst einstellen. Künftige Modelle sollen sich auch nachjustieren lassen, wenn sich die Sehstärke verschlechtert. Das von Silver gegründete "Centre for Vision in the Developing World" hat bereits rund hunderttausend der sogenannten Adspecs an arme Menschen in mehr als 20 Ländern verteilt. Kosten pro Stück: etwa zehn Dollar, bei hohen Stückzahlen auch weniger.

Die Version der Stanford-Forscher geht allerdings weit darüber hinaus. Sie haben ihre flexible Flüssiglinse mit weiteren bereits existierenden Komponenten kombiniert: Eine Stereo-Tiefenkamera wie bei einer Spielekonsole misst, wie weit das Anvisierte entfernt ist, und ein Eye-Tracker wie bei einer VR-Brille verfolgt die Blickrichtung. Das Ganze haben sie mithilfe einer ausgefeilten Steuersoftware miteinander verbunden.

Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie Ende Juni im Fachjournal "Science Advances" (DOI: 10.1126/sciadv.aav6187). In zwei Testserien mit insgesamt 56 Probanden verglichen sie ihre Autofokus-Brille mit monofokalen sowie mit Gleitsichtbrillen. Das Ergebnis: Ihr Prototyp lieferte eine genauso gute Sehschärfe wie Gleitsichtbrillen und eine bessere als monofokale Brillen. Beim Hin- und Herfokussieren zwischen verschiedenen Entfernungen war die Autofokusbrille schneller und präziser. "Theoretisch könnten wir sie noch schneller machen und den Trägern zu übermenschlicher Sehfähigkeit verhelfen", sagt Wetzstein. "Das könnte anfangs allerdings unbequem sein, weil Brillenträger oft ein paar Tage brauchen, um sich an eine neue Brille zu gewöhnen."

Obwohl einige Probanden ihre gewohnten Brillen als angenehmer empfanden, waren sie insgesamt von der Autofokus-Sehhilfe angetan. Als Nächstes wollen die Forscher die Brille verkleinern und mit einer Batterie ausstatten – noch hängt sie am Kabel.

So weit ist ein Team um Carlos Mastrangelo von der University of Utah in Salt Lake City bereits. Es hatte schon 2017 eine selbst entwickelte Autofokus-Brille vorgestellt. Der Demonstrator war zwar etwas klobig, ähnelte aber immerhin stärker einer normalen Brille und kam ohne Kabel aus. Im Gegensatz zum Stanford-Ansatz ermittelt keine Stereokamera die Tiefe, sondern eine Time-of-flight-Kamera.

Sie misst über die Laufzeit reflektierter Lichtpulse die Entfernung. Die Linsen arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip, allerdings sind sie mit zähem Glyzerin gefüllt und werden von je drei piezoelektrischen Aktuatoren verformt. Diese passen die Linsenkrümmung innerhalb von 14 Millisekunden an, indem sie einen flachen Kolben gegen die Membran drücken. Was der Brille allerdings noch fehlt, ist ein Eye-Tracking wie bei der Version aus Stanford. Dies soll später noch integriert werden.

Derzeit bereitet das Team einen Pilottest mit Probanden vor. Ein Start-up namens Sharpeyes zur Kommerzialisierung haben die Forscher bereits gegründet. Bis zur Marktreife werden allerdings noch Jahre vergehen. Dafür müsse die Brille weiter verkleinert und ausreichend Kapital eingeworben werden, sagt Mastrangelo.

(bsc)