Článek s názvem Roll-to-plate printable RGB-achromatic metalens for wide-field-of-view holographic near-eye displays (Tisknutelné RGB-achromatické metačočky z role na desku pro holografické displeje s širokým zorným polem v blízkosti očí) shrnuje výsledky výzkumu, který uspořádal společný vědecký tým Samsungu a POSTECH. V rámci výzkumu vznikly achromatické metačočky bez barevných zkreslení, které v kombinaci s holografickými displeji eliminují různé typy chromatických aberací. Na základě této inovace lze vyvíjet kompaktní, a přitom vysoce kvalitní holografická nositelná zařízení s technologií prodloužené reality (XR), případně různé aplikace pro fotoaparáty a senzory.

Výzkum vedli dr. Seokil Moon ze Samsung Research a profesor Junsuk Rho z POSTECH, dalšími spoluautory článku jsou Minseok Choi, Joohoon Kim a Kilsoo Shin z POSTECH.

Jak potlačit chromatickou aberaci a vyvinout kompaktní achromatickou metačočku

Metačočka je plochá čočka z nanomateriálů schopných čelit difrakci světla. Konstrukce metačoček umožňuje výrazně nižší velikost i tloušťku v porovnání běžnými konvexními optickými čočkami¹. Proto se metačočky považují za optické komponenty příští generace pro použití v displejích a fotoaparátech. Za jejich vývojem stojí více než desetiletý výzkum.

Navzdory těmto výhodám dochází u metačoček k technickým problémům při vývoji jednotlivých produktů. Důvodem je vážná chromatická aberace² vedoucí k výraznému zhoršení obrazové kvality.

Při předchozích pokusech o eliminaci chromatické aberace u metačoček vývojáři navrhovali jednotlivé metastruktury pro každou metačočku zvlášť a následně je sestavovali na substrátu. Ve fázi návrhu tím pádem ovšem nešlo brát dostatečně v úvahu vzájemné působení jednotlivých struktur a chromatickou aberaci tak nešlo ve výsledné čočce eliminovat úplně.

Výzkumný tým Samsungu a POSTECH problém s chromatickou aberací vyřešil změnou konvenčního způsobu navrhování metačoček. Již v první fázi návrhu se tu se vzájemným působením jednotlivých metastruktur počítalo a vývojáři je konstruovali souběžně, což ve výsledku chromatickou aberaci zcela eliminovalo.

Kromě odstranění chromatické aberace se u metačoček vyvinutým zmíněným týmem podařilo zkrátit ohniskovou vzdálenost, což znamená nižší rozměry i hmotnost čočky³.

Vyšší rozlišení a menší námaha očí s jedinou čočkou

Metačočky obecně trpí i jinými optickými aberacemi, nejen tou chromatickou. Čím větší zobrazovací plocha, tím výraznější je i zkreslení. Tyhle problémy se obvykle řeší kombinací různých čoček neboli optických členů. Výzkumný tým Samsungu a POSTECH ovšem dokázal nejrůznější aberace eliminovat pomocí jediné achromatické metačočky v kombinaci s holografickým displejem – výsledkem byl širší úhel záběru a kvalitní obraz bez zkreslení.

Prostřednictvím technické validace navíc výzkumný tým prokázal, že při nahrazení konvenčních optických členů a displejů achromatickými metačočkami a holografickými displeji lze získat kompaktní a lehké zařízení pro virtuální obraz, který méně namáhá oči⁴.

Očekává se, že výsledky výzkumu bude možné použít v nejrůznějších multimediálních zařízeních, mj. v přístrojích s prodlouženou realitou (XR). Kromě toho najdou nové poznatky uplatnění v různých optických systémech, např. v displejích, fotoaparátech, kamerách a senzorech, protože přinášejí vyšší kvalitu a umožňují snížit rozměry.

Prostřednictvím spolupráce s akademickou institucí se Samsungu podařilo celý proces od inovativního konceptu až po implementaci validovat a potvrdit tak potenciál pokročilých optických systémů budoucnosti. Tímto způsobem vznikají zobrazovací technologie příští generace.

Samsung i nadále pokračuje ve vědecké a výzkumné činnosti s cílem objevovat převratné technologie, které utvářejí budoucnost. K tomu je zapotřebí vedle dalších iniciativ i neustálá spolupráce s akademickými institucemi.

[1] Konvexní čočka mívá obvykle tloušťku několik milimetrů, někdy i víc než centimetr. Metačočky jsou podstatně tenčí, většinou méně než 0,5 mm.

[2] Chromatická aberace je jev, k němuž dochází, když objektiv nedokáže zaostřit různé vlnové délky barev do jedné roviny. Na fotografiích se projevuje se barevnými okraji na přechodech mezi jasy a stíny.

[3] V porovnání s předchozími návrhy achromatických metačoček jsou výsledkem tohoto výzkumu metačočky 3-5x větší, při zachování stejné ostřící vzdálenosti a světelnosti.

[4] Po korekci chromatické aberace pomocí holografického zobrazení se obrazová kvalita zvýší o 13 %. K měření obrazové kvality se používá obvyklá metoda detekce odstupu signálu od šumu (PSNR).

Tým specialistů Samsungu se postaral o to, aby uživatelé mohli dát sbohem vybledlým a rozostřeným fotografiím. Chtěli jsme se v Newsroomu dozvědět o převratných fotografických vlastnostech telefonů řady Galaxy S23 víc, proto jsme se na ně zeptali expertů z center pro výzkum a vývoj institutu Samsung Research[1].

Níže se dozvíte, jak vývoj nočních režimů pro fotografování i natáčení popisuje John Seok-Jun Lee, ředitel oddělení pro počítačové zpracování obrazu v Samsung Research America (SRA) a Narasimha Gopalakrishna Pai, ředitel pro zpracování obrazu pomocí umělé inteligence v Samsung R&D Institute India-Bangalore (SRI-B).

[1] Samsung Research, vyspělé výzkumné a vývojové centrum společnosti Samsung Electronics, vede vývoj technologií budoucnosti pro divizi Device eXperience (DX).

Program HeartWise představuje domácí alternativu k tradiční rehabilitaci ve zdravotnických zařízeních, uplatní se při něm nositelná zařízení Samsung. Renomovaný odborný lékařský časopis Journal of the American Medical Association zveřejnil letos článek[3], podle nějž program HeartWise přináší přesvědčivé výsledky – nejenže se svou účinností vyrovnají programům ve zdravotnických zařízeních, ale dokonce je předčí.

O možném vlivu programů typu HeartWise na současné zdravotnické systémy jsme si povídali s Rickym Y. Choiem a Matthewem Wigginsem z výzkumného a vývojového centra Samsung Research America v kalilfornském Mountain View. Choi je ředitel divize digitální zdravotní péče Samsung Electronics America a také klinický profesor na Stanfordově univerzitě, Wiggins pracuje jako ředitel zdravotní laboratoře Samsung Research America.

Matthew Wiggins, ředitel zdravotní laboratoře Samsung Research America, a Ricky Y. Choi, ředitel divize digitální zdravotní péče Samsung Electronics America

Než se dostaneme k podrobnostem ohledně výsledků studie, rádi bychom se zeptali, jak se domácí program pro rehabilitaci vlastně liší od tradičních modelů. Funguje dohromady se zavedenými systémy?

Ricky Y. Choi: Naší úlohou v Samsungu je technologicky umožnit zdravotní péči na potřebné úrovni, aniž bychom fungovali jako přímý poskytovatel primární péče. V zásadě tedy nabízíme tedy poskytovatelům péče další nástroj k možnému využití. Pacienti díky tomuto nástroji mohou využívat péče velmi pohodlným způsobem přímo v domácím prostředí, a přitom náš program nijak standardní systém zdravotní péče neobchází – jen rozšiřuje možnosti škálování pacientů.

V praxi to vypadá tak, že pacienti absolvují program z domova a poté konzultují postup se svým lékařem či jiným poskytovatelem zdravotní péče. Chceme pacientům pomocí moderních technologií umožnit, aby některé prvky léčebných programů mohli využívat pod dohledem zdravotníků doma.

Studie prokázala, že pacienti s domácí rehabilitací[4] vykazují vylepšení o 18,2 %, co se týče opětovné hospitalizace během 12 měsíců po rehabilitaci. Program Samsung HeartWise je důkazem, že domácí rehabilitace po srdečních příhodách může být při využívání správné podpory účinnější než rehabilitace ve zdravotnických zařízeních. Můžete tenhle objev čtenářům srozumitelně vysvětlit?

Ricky Y. Choi: Výzkum potvrzuje teorii, že u pacientů se správnou podporou může mít větší úspěch kardiologická rehabilitace v domácím prostředí a pohodlí. Potvrzují to výsledky podle tradičních kritérií, například pokles počtu opakovaných hospitalizací – to je obecně jeden z nejdůležitějších zdravotních a ekonomických ukazatelů kvality celkové zdravotní péče. A dochází k tomu napříč celou populací, což má obrovský význam.

Matthew Wiggins: Velmi důležité je, že studie prokázala, že domácí rehabilitace skutečně funguje v praxi. Lidem se ta představa líbila už dřív, ale potřebovali důkazy, že je to opravdu bezpečné a funkční, že je nečekají nějaké následné problémy. Teď můžeme s jistotou tvrdit a dokázat, že metoda domácí rehabilitace funguje výborně, dokonce lépe než tradiční modely.

Pozitivní výsledky domácí rehabilitace pro srdečních příhodách prokázala i předchozí studie pro časopis New England Journal of Medicine. S jakým očekáváním jste se do výzkumu pustili?

Matthew Wiggins: Pacienti organizace Kaiser Permanente si v programu vedli výborně, byli velmi spokojení. Program, který kombinuje běžnou léčebnou praxi Kaiser Permanente a nositelná zařízení Samsung, podle všech dostupných informací přináší výrazný prospěch pacientům po srdečních příhodách v domácí rehabilitaci i pacientům s rehabilitací v běžných zdravotnických zařízeních. Studie potvrdila naše předpoklady, což nám udělalo velkou radost.

Ricky Y. Choi: Výsledky nás samozřejmě velmi potěšily. Standardní požadavek zdravotní péče je jasný: pacienti s jistými kardiologickými diagnózami a lidé, kteří absolvovali určité léčebné postupy, potřebují kardiologickou rehabilitaci. Bohužel se k ní často nedostanou – mnohé z těchto pacientů se nepodaří zařadit do žádného rehabilitačního programu, střediska jsou přetížená a nemají dostatek personálu. Kvalitní program domácí rehabilitace tenhle problém řeší, pacienti díky němu mohou svému zdraví lépe pomoci.

Během výzkumu účastníci používali chytré hodinky Samsung Galaxy nejnovější generace s běžně dostupnými funkcemi. Jakou úlohu hrály tyto přístroje v rámci studie a jaké funkce se pro její účely hodily nejvíce?

Ricky Y. Choi: Náš program domácí rehabilitace využívá digitální řešení, jehož součástí jsou chytré hodinky Samsung Galaxy, aplikace pro tyto hodinky a další aplikace, kterou si pacienti stahují do telefonu. Hodinky využívají data s biosenzorů, radí pacientům správný postup při rehabilitaci a ukládají nejdůležitější data o výsledcích a také informace, které do nich pacienti zadají.

Matthew Wiggins: Hodinky Galaxy, které v programu využíváme, měří mimo jiné počet nachozených kroků, srdeční tep a délku cvičení. Tyto informace lze následně využít pro nastavení optimální podoby, délky a intenzity cvičení v rámci rehabilitačního programu. Díky hodinkám mohou také pacienti zdravotníky snadno informovat, jak se během cvičení cítili, což je důležitá zpětná vazba pro pravidelné zdravotnické konzultace.

Jednou z největších výhod kardiologické rehabilitace v domácím prostředí je pohodlí, a právě chytré hodinky hrají při jeho zajištění velmi důležitou úlohu. Pacienti mohou s hodinkami na zápěstí cvičit, kdekoli a kdykoli chtějí, nemusejí si domlouvat žádné návštěvy ve specializovaném zdravotnickém zařízení, není třeba nikam jezdit. Tím pádem jsou s podmínkami rehabilitace spokojenější a snáze je dodržují.

V programu HeartWise jste monitorovali stav více než 13 tisíc pacientů. Jen této studie se zúčastnilo přes 2500 lidí. Jaké výhody má tak vysoká účast respondentů z výzkumného hlediska?

Matthew Wiggins: Čím větší je počet účastníků, tím důvěryhodnější jsou i výsledky. Další výhoda podle mě spočívá v tom, že se výzkumu účastnili pacienti s vyšším rizikem srdečního selhání než v předchozích studiích. Větší a rozmanitější skupina účastníků také znamená širší demografický vzorek americké populace, což je nesmírně důležité, má-li mít program úspěchy na celostátní úrovni.

Ricky, vy jste lékař, který se podílí na tvorbě firemní strategie. Matthewe, vy vedete zdravotní laboratoř výzkumného centra Samsung Research America. Jak se při výzkumu uplatnila vaše odbornost a profesní zájmy?

Ricky Y. Choi: Jsem klinický profesor na Stanfordu a lékař s téměř patnáctiletou praxí. Do Samsungu jsem přišel, protože jsem chtěl mít obecný vliv na zdravotnictví prostřednictvím inovativních technologických řešení. A projekt HeartWise funguje jako skvělý příklad toho, co by taková inovativní řešení mohla ve zdravotnictví dokázat v praxi. Moc rád jsem se výzkumu a vývoje s tak chytrými a cílevědomými kolegy účastnil.

Matthew Wiggins: Budoucnost digitální zdravotní péče záleží mimo jiné na tom, do jaké míry se podaří integrovat možnosti nositelné technologie do každodenní klinické praxe. Jsem velice rád, že můžu v rámci tohoto inovativního a úspěšného partnerství zblízka pozorovat, jak tahle integrace probíhá.

[1] Účelem projektu Samsung HeartWise je sledovat a obecně podporovat zdraví, zdravé aktivity a volby coby součást zdravého životního stylu, což následně může zlepšit kvalitu život lidí s chronickými chorobami nebo zhoršeným zdravotním stavem. Samsung HeartWise není zdravotní aplikace a jejím účelem tedy není diagnostika akutních či chronických chorob či jiných problémů, ani jejich léčba, zmírňování či prevence. Před přechodem na jiný životní styl nebo fitness režim doporučujeme konzultaci s lékařem. V programu Samsung HeartWise uživatel nezíská relevantní lékařská doporučení. Aplikace Samsung HeartWise je ke stažení App Store, při použití během lékařské péče je ovšem zapotřebí uživatelské jméno a heslo získané od organizace Kaiser Permanente.

[2] Samsung Research, pokročilé centrum společnosti Samsung Electronics pro výzkum a vývoj, vyvíjí technologie budoucnosti pro divizi Device eXperience (DX).

[3] Comparison of Home-Based vs Center-Based Cardiac Rehabilitation in Hospitalization, Medication Adherence, and Risk Factor Control Among Patients With Cardiovascular Disease

[4] Retrospektivní studie proběhla u pacientů organizace Kaiser Permanente Southern California (KPSC), která pečuje o cca 4,7 milionu pacientů. Studie proběhla v termínu 1. dubna 2018 až 30. dubna 2019, s následným programem do 30. dubna 2020. Datová analýza probíhala od ledna 2021 do ledna 2022.