전 세계적으로 2억 8천5백만 명의 사람들이 시각적으로 손상된 것으로 추정된다. 나이와 관련된 황반 변성(AMD: age-related macular degeneration: 눈의 안쪽 망막의 중심부에 있는 신경조직인 황반이 노화, 유전적인 요인, 독성, 염증 등에 의해 기능이 떨어지면서 시력이 감소하고, 심하면 시력을 완전히 잃기도 하는 질환)은 서방 세계에서 노인들을 실명으로 만드는 주요한 원인이다.
그런데 스위스의 로잔 공대(EPFL)의 광학 전문가인 에릭 트렘블라이(Eric Tremblay)는 더 개선되고 더 나은 시력에 대한 희망을 제시하는 망원 콘택트렌즈의 새로운 시작품을 2015년 2월 12~16일에 미국 캘리포니아 주의 새너제이(San Jose)에서 열린 미국 과학진흥회(AAAS: American Association for the Advancement of Science)의 2015년 연례회의(AAAS Annual Meeting)에서 공개하였다.
또한, 에릭 트렘블라이는 윙크를 인식하고 눈 깜박거림은 무시하는 상호 보완적인 스마트 안경도 처음 소개하였다. 이 스마트 안경은 망원 콘택트렌즈의 착용자가 보통의 시야와 확대된 시야 사이를 전환하도록 한다.
"우리는 이러한 렌즈가 저 시력 및 나이와 관련된 황반 변성(AMD)을 가진 사람들에게 많은 가능성을 가진다고 생각한다”고 스위스의 로잔 공대(EPFL)의 연구자인 에릭 트렘블라이가 말했다. 에릭 트렘블라이는 미국 캘리포니아 대 샌디에이고 캠퍼스(University of California, San Diego)의 조 포드(Joe Ford)를 포함하여 파라곤 비전 사이언스(Paragon Vision Sciences), 이노베가(Innovega), 퍼시픽 사이언스 앤드 엔지니어링(Pacific Sciences and Engineering), 록웰 콜린스(Rockwell Collins) 등과 협력하고 있다.
“시력 보조 기구가 부피가 크다면 이를 착용하는 기능성과 그에 따른 사회적 비용 사이에 균형을 유지하는 것이 매우 중요하고 어렵다. 부피를 줄이는 좀 더 집적된 무언가를 위한 강력한 필요가 있으며, 콘택트렌즈는 매력적인 방향이다. 현재로는 아직 연구 단계이지만, 결과적으로 나이와 관련된 황반 변성(AMD)을 가진 사람들에게 실제적인 선택 사항이 되기를 희망한다”고 에릭 트렘블라이가 덧붙였다.
망원 콘택트렌즈의 초기 버전은 2.8배로 확대하며, 2013년에 발표되었다. 그 이후로 미국 방위고등연구계획국(DARPA)이 연구자금을 지원하는 프로젝트에 참여하는 과학자들이 더 오랜 기간 더 편안하고 더 맵시 있게 만들어서 일상생활에서 더 유용하게 하려고 이 망원 콘택트렌즈의 박막을 정교화하고, 액세서리를 개발하고 있다.
망원 콘택트렌즈는 1.55밀리미터의 두께를 가지는 두꺼운 렌즈 내부에 박막의 반사 망원경을 결합하는 것에 의하여 작동한다. 주위의 반사 조명 범위에서 미세 거울은 물체의 인식된 크기를 확장하고 그 시야를 확대하여 마치 저 배율의 쌍안경을 통하여 보는 것과 같다.
현재 망원 콘택트렌즈는 공막 렌즈(scleral lens)라고 알려진 딱딱한 렌즈를 이용하여 만들어졌다. 공막 렌즈는 사람들이 보통 사용하는 부드러운 콘택트렌즈보다 지름이 더 크며, 불규칙한 형상의 각막을 가진 사람처럼 특수한 경우에 매우 유용하다. 공막 렌즈는 비록 크고 딱딱하지만, 특수한 응용에 안전하고 편안하며, 망원 콘택트렌즈와 같이 광학, 센서, 전자장치 등의 기술을 위한 매력적인 플랫폼을 제공한다고 에릭 트렘블라이가 전했다.
최종 렌즈는 여러 번의 정밀한 절단이 수행된 플라스틱, 알루미늄 거울, 편광 박판 필름 등의 부품들을 생물학적으로 안전한 접착제로 주의 깊게 조립하여 만들어진다. 눈은 지속적인 산소 공급이 필요하기 때문에 연구팀은 지난 몇 년 동안 필수적 요구사항인 좀 더 투과성이 높은 렌즈를 만드는 데에 시간을 보냈다.
산소 투과성을 달성하기 위하여 연구팀은 복잡하고 통상적으로 투과성이 없는 광학 구조의 주변과 그 아래에서 산소가 유동하여 각막에 도달하는 것을 허용하기 위하여 렌즈 내에 폭이 약 0.1밀리미터가 되는 미세 공기 채널을 결합하고 있다.
렌즈에서 이미지 품질과 산소 투과성은 현재도 진행 중인 도전과제이며 연구 대상이다. 그러나 기계 및 가공 공정이 정교화되고 원리에 대한 더 나은 이해를 하게 됨에 따라 결과가 향상되고 있다고 연구자들이 전했다. 2015년 연례회의(AAAS Annual Meeting)에서 선보인 시작품은 최신의 연구 결과를 시연한 것이다.
또한, 연구자들은 착용자의 시야를 보통 시야, 미확대 시야, 망원 시야 등으로 전자적으로 전환하는 새로운 방법을 개발하였다. 이러한 전환 기능은 나이와 관련된 황반 변성(AMD)이 없는 사람들이 맞춤형으로 확대하는 데에 널리 사용될 수 있는 렌즈를 구현하는 데에 필수적이다.
2015년 연례회의(AAAS Annual Meeting)에서 첫선을 보인 시스템에 사용된 전자 안경은 윙크를 인식하고 눈 깜박거림은 무시하기 위하여 소형 광원과 광 탐지기를 이용한다. 착용자는 확대를 위하여 오른쪽 눈을 윙크하고, 왼쪽 눈은 보통의 시야로 남겨 둘 것이다.
이 안경은 콘택트렌즈에 도달하는 광의 편광을 전자적으로 선택하여 동작한다. 이 콘택트렌즈는 1배의 구경(aperture)에서 한 형태의 편광화, 2.8배의 구경에서 또 다른 형태의 편광화가 가능하다. 그리하여 착용자는 안경의 편광과 콘택트렌즈의 구경이 일치하는 시야를 보게 된다.
2015년 연례회의(AAAS Annual Meeting)에서 공개된 시연 동영상은 확대 시야에서 미확대 시야로 전환되며, 윙크로 제어되는 안경의 기능성을 보여준다.
시장에는 이미 나이와 관련된 황반 변성(AMD)을 가진 사람들을 위하여 망원경이 장착된 안경이 판매되고 있다. 그러나 기존 안경은 부피가 큰 경향이 있고, 타인과의 사회적 상호작용을 방해할 수 있다. 또한, 이 안경은 눈의 동작을 추적하지 아니하여 착용자는 이를 이용하기 위하여 눈을 특정한 위치에 두고 머리를 기울여야 한다.
망원 콘택트렌즈 및 이와 선택적으로 결합되는 윙크로 제어되는 안경은 시력 보조 기구의 기능성과 사용성에서 큰 도약을 이룬 것이며, 광학 연구의 주요한 성과이다.
