A medida que se envejece, se experimentan cambios en la visión de cerca. Este fenómeno conocido como presbicia, afecta a más de mil millones de personas en todo el mundo y se espera que su prevalencia aumente en el futuro. En respuesta a esta necesidad creciente, la tecnología óptica ha experimentado avances notables, particularmente en el desarrollo de lentes de cristal líquido. Estos avances están abriendo nuevas posibilidades en el campo de las ayudas ópticas, con las llamadas “gafas inteligentes” que ofrecen una solución adaptativa y multifuncional para abordar los desafíos asociados con la presbicia. Este artículo brinda una visión general de estos avances y sus beneficios potenciales en la práctica.
Historia de los lentes de cristal líquido
El cristal líquido fue descrito en 1888 por el botánico austriaco Friedrich Reinitzer quien observó que el benzonato de colesterol se fundía a una temperatura de 145,5 °C (≈ 294 °F), pero en una composición turbia. Si se aumentaba la temperatura 30 °C (≈ 86 °F), su aspecto cambiaba bruscamente a una fusión clara. Así reconoció que las moléculas de benzonato de colesterol en la fase turbia tenían una cierta disposición que era responsable de las propiedades de dispersión de la luz. 100 años más tarde, CW. Fowler y ES. Pateras informaron sobre el uso de cristales líquidos en lentes oftálmicos para cambiar el poder de refracción del lente corrector. Los cristales líquidos han experimentado un notable desarrollo, sobre todo en los últimos años, especialmente en la industria de las cámaras (para smartphones) y lentes oftálmicos.
A principios de los 2000, un equipo dirigido por el científico Tom Krupenkin desarrolló uno de los primeros lentes líquidos. Internacionalmente, se conocen como lentes de cristal líquido (LCL), los cuales representan la mesofase de un material en la que confluyen las propiedades tanto de los líquidos como de los sólidos. Por este motivo, el estado de orden de estas sustancias suele denominarse cuarto estado de agregación. A partir de 2009, la empresa PixelOptics se hizo muy conocida en el sector, ya que muchas revistas especializadas informaron sobre ella. En 2011, la empresa lanzó el emPower, las primeras gafas graduadas con enfoque electrónico. La tecnología patentada fue desarrollada por PixelOptics y Panasonic Healthcare. Sin embargo, la empresa se declaró en quiebra en 2013 y las patentes fueron adquiridas luego por Mitsui Chemicals.
En febrero de 2024, Zeiss Vision Care anunció la adquisición de una amplia cartera de propiedad intelectual (PI), incluido un conjunto de patentes de Mitsui Chemicals. Este movimiento estratégico abre nuevas oportunidades para el desarrollo de lentes electroactivas y monturas. En 2022, Zeiss Ventures ya invirtió en Morrow, una empresa belga de alta tecnología que desarrolla gafas autofocales.
Los lentes adaptativos hoy
Las investigaciones han sentado las bases del objetivo actual de adaptar la AV a las condiciones ambientales de forma rápida, sencilla y personalizada, sin que se produzcan aberraciones ni sea necesario cambiar de gafas. Los lentes adaptativos pueden cambiar su distancia focal bajo la influencia de un estímulo externo, como un campo magnético, un efecto térmico o una tensión eléctrica. El principio funcional de los lentes de cristal líquido puede dividirse a grandes rasgos en dos principios diferentes: el lente bifásico y el lente monofásico. Lo que ambas variantes tienen en común es que hay líquido en el centro de los lentes.
Lentes líquidos bifásicos (liotrópicos): el principio se basa en los cristales líquidos bifásicos (liotrópicos). Se colocan dos medios líquidos inmiscibles (no se disuelven entre ellos), como aceite y agua, en una cámara. Los líquidos deben tener la misma densidad, pero diferentes índices de refracción y reacciones a los impulsos eléctricos. La cámara puede crearse mediante una cavidad dentro de un lente. En reposo, los dos medios están en equilibrio uno junto al otro. Cuando se aplica un estímulo externo (por ejemplo, tensión eléctrica) a la superficie de la cámara, se modifica el campo eléctrico dentro de la cámara. Esto modifica el ángulo de contacto entre los dos medios y la orientación de las moléculas de cristal líquido. El resultado es un cambio en la curvatura de ambos medios en la cámara, lo que a su vez provoca un cambio en la distancia focal del lente. Este método puede modificarse mediante una membrana deformable para poder utilizar líquidos que sean miscibles.
Lentes líquidos monofásicos (termotrópicos): el principio opuesto es el de los lentes líquidos monofásicos (termotrópicos). La estructura de estos lentes se basa en cristales líquidos encerrados en una fina capa entre dos electrodos transparentes. Al aplicar una tensión eléctrica, las moléculas pueden alinearse de forma definida, modificando así las propiedades de refracción y, por tanto, también la distancia focal del lente.
eProgressives de Morrow Eyewear
La empresa belga Morrow Eyewear lanza los lentes de cristal líquido “eProgressives”. Este desarrollo ganó el premio Silmo d'Or 2023 en el campo de la visión. El diseño se describe como “tecnología patentada de lente en lámina”. El lente está formado por cristales líquidos eléctricamente variables, que a su vez se basan en lentes de Fresnel. La potencia de refracción del lente independiente de la polarización se modifica aplicando un campo eléctrico de baja potencia. Los eProgressive deben considerarse una alternativa a las ópticas multifocales. El desarrollo de Morrow ha contado con el apoyo del imec, centro belga de investigación en nano y microelectrónica y del fabricante belga-japonés de lentes Tokai Optecs. Un breve toque en el brazo cambia el ajuste de enfoque de los lentes. Mediante el lente basado en cristal líquido, se añade un aumento de 1,0 D al progresivo y se ajusta a la graduación final del usuario. Los lentes tienen revestimiento duro y antirreflejante y cuentan con certificación CE y un índice de protección contra el agua IP68, es a la vez resistente al polvo y al agua.
La tecnología de lentes se divide en dos opciones de ajuste. En el estado desactivado, se proporciona un campo de visión claro en las zonas intermedia y lejana. Esto proporciona una comodidad adicional para actividades cotidianas como conducir o ir de compras. La mejora de la visión en la zona intermedia es el resultado de la eliminación del canal focal restringido en los lentes progresivos convencionales o de la falta de transiciones nítidas entre planos focales en los diseños de lentes bifocales. En este contexto, los objetos pueden reconocerse en la zona intermedia en la parte inferior del lente, pero casi en toda su anchura.
Otra ventaja de estos lentes es la mejora de la percepción de la profundidad. El conocido efecto multifocal debería reducirse con estos lentes, ya que no hay zonas de visión delimitadas. En este contexto, tampoco es necesario buscar la posición correcta de la cabeza para reconocer la escritura a la distancia deseada. Además, la reducción de la distorsión periférica del diseño especial de los lentes es una gran ventaja en comparación con los lentes progresivos normales. Esto significa que también se pueden conseguir imágenes más nítidas en las zonas periféricas del lente, lo que se traduce en un mayor campo de visión.
El estado ON de los lentes eProgressive cambia el punto focal de los lentes de lejos a cerca – en 0,6 segundos. El amplio rango de lectura de unos 24 mm y la consiguiente limitación de la zona de aberración se traducen en un elevado confort de lectura y un menor riesgo de que se produzcan aberraciones. Como resultado, los ojos y el cerebro tienen que procesar menos impresiones de imagen diferentes, lo que a su vez reduce la susceptibilidad a los mareos.
Además, tanto el contraste como la precisión de los lentes aumentan al reducirse las aberraciones. El área del diseño del lente para visión de cerca se extiende hasta el centro de el lente graduado. En la zona superior, los objetos situados a distancia o en el rango intermedio pueden seguir reconociéndose al mismo tiempo. El rango efectivo de los lentes oscila entre -6,0 y +4,0 D, con una adición máxima de +4,0 D. El astigmatismo también se corrige en los lentes graduados.
32°N de DeepOptics
La empresa emergente israelí DeepOptics, que lanzó al mercado en 2021 las gafas de sol de cristal líquido 32°N con enfoque variable en colaboración con Fielmann, ha seguido desarrollando los lentes de cristal líquido. En este contexto, la sociedad de inversión Fielmann Ventures ha adquirido una participación del 10% en la empresa. Yariv Haddad, CEO de Deep Optics, destaca las “ventajas del desarrollo conjunto de las gafas”, ya que los empleados de su empresa aportan profundos conocimientos tecnológicos y experiencia en el desarrollo de productos, mientras que Fielmann contribuye con su profundo conocimiento de las necesidades de los clientes con experiencia oftalmológica.
La primera innovación de la colaboración son unas gafas de sol que pueden convertirse en gafas de lectura con sólo pulsar un botón en el brazo. Las gafas 32°N consiguen un enfoque dinámico mediante lentes de cristal líquido pixelado. Millones de píxeles forman la llamada capa de cristal líquido. La orientación de los cristales de la capa puede variar en función de la distancia a la que se desee generar una imagen nítida. Sin embargo, esta alineación no se produce por sí sola, sino aplicando una tensión. A su vez, el voltaje se activa con el cambio de paño o pulsando un botón en el brazo. El resultado es un efecto difusor o focalizador en función de la potencia óptica de los lentes. En función de las variantes de ajuste, puede distinguirse entre el “modo escena”, desarrollado para ver a distancia, y el “modo lectura”, para trabajos de cerca, como leer un menú.
Los cristales líquidos para el modo de escena (distancia) están todos paralelos entre sí, sin ninguna inclinación de los lentes individuales. Cuanto más se inclinan los cristales en este caso, más se refracta la luz incidente, de modo que el punto focal se acerca al lente. Esto demuestra que el ajuste para el modo de lectura incluye tanto lentes paralelos como lentes girados 90 grados.
En estas gafas también se mide la distancia interpupilar (DIP) para garantizar un ajuste exacto. Cuanto más cerca esté el objeto de los ojos, menor será la DIP. Además, también se comprueba la distancia entre los centros de los lentes activos.
Según el fabricante, la gama de aumentos del lente puede variar individualmente entre 0 y 2,5x. Los lentes también tienen un revestimiento antirrayas, protección UV y filtros de polarización. Se dice que el peso total de las gafas de sol es de unos 45 gramos.
El objetivo de la start-up es ajustar el efecto dióptrico y controlar las gafas a través de una app que puede manejarse con el teléfono móvil. Debería estar disponible tanto en Google Play Store como en App Store.
La innovación se presentó por primera vez en el Consumer Electronics Show (CES) de Las Vegas en 2022. Ese mismo año, este desarrollo recibió el premio a la “Mejor Innovación en Estilo” de la revista “Time Magazine”. En la web oficial de la compañía israelí, las gafas están disponibles en los colores negro, caramelo, marrón y una versión transparente, en la que se puede ver la tecnología que hay detrás de las gafas, por unos 849 dólares.
Por el momento, las gafas 32°N sólo están disponibles en Estados Unidos. Las gafas se presentarán en la Vision Expo East de Nueva York.
Laclarée
La tercera empresa es la start-up francesa Laclarée, lanzada en 2016 por Bruno Berge, que inició el desarrollo tecnológico de los lentes adaptativos. Laclarée desarrolla gafas autofocus. Este proyecto combina conocimientos y experiencia de los campos de la física, la tecnología de materiales, la óptica y la administración de empresas. El primer prototipo se creó tras sólo dos años de investigación. Sobre esta base, en 2019, la empresa recibió una financiación semilla por un importe total de 2 millones de euros para continuar el desarrollo. Los primeros ensayos del desarrollo se realizaron en unos 40 sujetos présbitas con el CHU St-Etienne (Dr Trone, Pr Gain, Dr Thuret, Francia) para comprobar la pertinencia del diseño. Según la empresa, las reacciones fueron muy positivas.
Estos lentes, difieren de los diseños de Israel. Constan de cuatro capas diferentes. Las dos capas exteriores transparentes representan un diseño de lente unifocal normal. Contienen los valores de corrección dióptrica y tienen capas adicionales, como una capa dura. Las dos capas intermedias forman un doblete central con un diámetro de unos 20 milímetros. Estas capas se componen a su vez de dos líquidos con índices de refracción diferentes. Ambas están separadas entre sí por una membrana deformable. La introducción de líquido adicional provoca un cambio en la curvatura de los lentes, lo que permite variar su distancia focal. Cuanto mayor sea el volumen en la capa de alto índice, más positivo será el efecto. Los líquidos de ambas capas se pueden bombear dentro o fuera del centro del lente mediante dos actuadores microfluídicos con una potencia baja de unos pocos mW. Además del actuador optofluídico, las gafas se completan con dos sensores láser ToF a cada lado del par de gafas. Estos sensores evalúan la distancia al objeto observado. El resultado se utiliza para obtener el volumen necesario de los dos líquidos dentro del lente.
El prototipo tarda alrededor de 1 segundo en cambiar de enfoque entre las distintas distancias. Según la empresa, todos los componentes de las gafas son compatibles con una amplia gama de monturas, lo que significa que se pueden personalizar según las necesidades individuales del usuario. El producto deberá lanzarse al mercado a finales de 2025, a pequeña escala, con la financiación inicial. El último lanzamiento de la empresa es una montura de prueba para profesionales, los pacientes podrán probar el confort visual que ofrecen los lentes autofocus.
Actualmente hay varias empresas más investigando y desarrollando la tecnología de lentes de cristal líquido. El tema se está ampliando también a los lentes intraoculares y de contacto. Queda por ver en el futuro si prevalecerán ciertos diseños existentes o si dominarán el mercado desarrollos completamente nuevos. De momento, existe un gran potencial en torno al tema de la presbicia, lo que abre el camino a una amplia gama de innovaciones.
Artículo adaptado de:
Petzold L. Adaptive Smart Glasses for Future? MAFO Magazine. March 2024.
Traducción: Grupo Franja.
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