الواقع المعزز والافتراضي
تعزيز الواقع المعزز باستخدام العدسات الجيل التالي
إحدى أكبر مدارس التصميم عبر الإنترنت على مستوى العالم، مؤسسة تصميم التفاعل، تعرف الواقع المعزز كـ ‘تجربة حيث يقوم المصممون بتحسين أجزاء من العالم المادي للمستخدمين بإدخال مولد حاسوبي.’ شركة IBM، إحدى الشركات الرائدة التي قدمتنا دائمًا إلى أشكال جديدة من التكنولوجيا المغيرة للعبة، ترى وتدرس الواقع المعزز كـ ‘التكامل الفوري للمعلومات الرقمية في بيئة المستخدم.’
تثبت هذه التعريفات أن الواقع المعزز ليس أقل من قفزة جذرية، تتضمن تصورات إبداعية للغاية لما يمكن للتكنولوجيا أن تقدمه لنا وحلولًا معقدة الصنع لجعل تلك التصورات حقيقة.
يتطلب جعل الواقع المعزز اقتراحًا فعالًا وكفءً على الأرض أن تعمل العديد من العوامل بشكل جيد. يجب أن يكون التقاء العوالم الرقمية والمادية خاليًا من الأخطاء وسلسًا. يجب أن تحدث التفاعلات في الوقت الفعلي، ويجب أن يكون التعرف على الكائنات الافتراضية والحقيقية في الواجهات ثلاثية الأبعاد دقيقًا.
على مر السنين، عمل الباحثون وفِرَق مشاريع التكنولوجيا المبتكرة بلا هوادة على تحسين هذه العوامل. أثار البحث الجديد الكثير من الحماس في هذا المجال. قام العلماء بإنشاء أرفع عدسة على الكوكب، مدعومة بالإكسيتونات، يمكن استخدامها في نظارات الواقع المعزز المستقبلية. في الفقرة التالية، نتعمق أكثر في هذا البحث.
عدسة مدعومة بالإكسيتون: الأرفع على الأرض
مجموعة من الباحثين من جامعة أمستردام وجامعة ستانفورد، كاليفورنيا، استخدموا طبقة واحدة من ثنائي كبريتيد التنجستن (WS2) لتطوير عدسة مسطحة عرضها نصف مليمتر ولكن سمكها 0.0000006 مليمتر، أي 0.6 نانومتر. تجعل هذه المعايير العدسة الأرفع علىالأرض.
بعيدًا عن استخدام مادة غير عادية للغاية في بناء العدسات، تُعد هذه العدسة استثناءً في طريقة عملها. بينما تعتمد العدسات العادية على شكلها المنحني لانحناء وتركيز الضوء، تستخدم هذه العدسة المسطحة بسماكة ثلاثة ذرات تأثيرات كمية.
على عكس العدسات العادية، تستفيد هذه العدسات من ظاهرة الانحراف (الحيود) بدلاً من الانكسار. تتكون من حلقات متحدة المركز من WS2 مع فجوات بينها لتركيز الضوء عبر الحيود. يحدد المسافة بين هذه الحلقات وحجمها البُعد البؤري للعدسة.
لجعل التركيز فعالًا، تعتمد هذه العدسات على التأثيرات الكمية داخل WS2. الأستاذ المشارك في الفيزياء بجامعة غرب تكساس A&M، كريستوفر س. بيرد يعرف التأثيرات الكمية بأنها تأثيرات التي لا يتم ‘توقعها بشكل صحيح بواسطة الفيزياء الكلاسيكية، ولكن يتم توقعها بشكل صحيح بواسطة نظرية الكم.’ ترى الفيزياء الكلاسيكية ‘المادة’ كشيء يتكون من جزيئات صلبة صغيرة.
“لذلك، كلما جعلنا جزيئات المادة تتصرف كموجات، نُظهر تأثيرًا كميًا.”
– الأستاذ بيرد
على سبيل المثال، التوصيل الفائق هو تأثير كمي ماكروسكوبى. في هذه الحالة، تعمل التأثيرات الكمية على تمكين المادة على امتصاص وإعادة انبعاث الضوء بكفاءة عند أطوال موجية محددة. نتيجة لذلك، تمتلك العدسة قدرة مدمجة تساعدها على العمل بشكل أفضل مع هذه الأطوال الموجية.
إذا حاولنا فهم دور التأثيرات الكمية بشكل أفضل، فإنها تعمل كتحسين حيث تمتص WS2 الضوء عن طريق إرسال إلكترون إلى مستوى طاقة أعلى. يترك غياب الإلكترون السالب شحنة موجبة في شكل فجوة داخل الشبكة الذرية. تبقى هذه الفجوة مرتبطة بالإلكترون عبر قوة كهربائية جذابة تعمل بينهما. تُعرف هذه التركيبة من الإلكترون والفجوة في الشبكة والقوة العاملة بينها بـ ‘الإكسيتون’. عند أطوال موجية محددة للضوء الصادرة عن الإكسيتونات، تحقق هذه العدسات ذروة واضحة في كفاءتها.
جوريك فان دي جروب، أحد مؤلفي الورقة، شرح جيدًا لماذا يمكن لهذه العدسات أن تساعد الواقع المعزز على تحقيق تقدم أكبر. كما يوضح جوريك:
“يمكن استخدام العدسة في التطبيقات التي لا ينبغي أن يتعرض فيها المشهد عبر العدسة للتشويش، ولكن يمكن استغلال جزء صغير من الضوء لجمع المعلومات. يجعل ذلك منها مثالية للنظارات القابلة للارتداء، مثل تلك المستخدمة في الواقع المعزز.”
يحاول الباحثون تحسين الحل وجعله أكثر كفاءة من خلال تجربة طلاءات بصرية أكثر تعقيدًا ومتعددة الوظائف. في هذه الحلول، يمكن تعديل الوظائف كهربائيًا. أحد فوائد العمل مع الإكسيتونات هو أنها حساسة جدًا لكثافة شحنة المادة (المقياس لتراكم الشحنة الكهربائية في مجال معين)، وبالتالي يساعد تطبيق الجهد على إحداث تغيير في معامل الانكسار للمادة.
بشكل عام، قد يكون للتجربة ونتائجها تأثيرًا مغيرًا للعبة على الواقع المعزز واستخدامه للعدسات في أجهزة الواقع المعزز. منذ البداية، كان العلماء يجرون تجارب على جودة عدسات الواقع المعزز، لأنها أدوات تفاعلية حاسمة للمستخدمين للتفاعل مع مساحات تتجاوز الواقع. قبل بضع سنوات، أدت تجربة رائدة مماثلة إلى اختبار ميداني للعدسة الذكية الأولى القائمة على الواقع المعزز.
انقر هنا للحصول على قائمة بالشركات المبتكرة التي تعيد تعريف حدود الواقع المعزز/الواقع الافتراضي.
أول عدسة اتصال ذكية قائمة على الواقع المعزز على الإطلاق
في عام 2022، أعلنت شركة Mojo Vision، التي تدعي أنها رائدة في قيادة مستقبل تقنية الميكرو-LED، عن إطلاق Mojo Lens، أول عدسة اتصال للواقع المعزز في العالم. كانت ترقية لنموذج Mojo Lens الأولي المستقل تمامًا الذي تم إصداره أصلاً في عام 2020.
كان النموذج الأولي مزودًا بشاشة ميكرو-LED بدقة 14,000 بكسل لكل بوصة، بقطر يزيد عن 0.5 مم وبمسافة بكسل 1.8 ميكرون. في ذلك الوقت، اعتُبرت أصغر وأكثف شاشة في العالم لتلبية المحتوى الديناميكي. بالإضافة إلى ذلك، احتوت على مقياس تسارع مخصص، وجيروسكوب، ومغناطيسية لتسهيل تتبع حركة العين المستمر. ومع ذلك، كان على المستخدم ارتداء معالجات ARM حول عنقه، مما يسمح بنقل المعلومات لاسلكيًا إلى العدسة والعودة إلى الحواسيب التي تتعقب حركة العين.
بين عامي 2022 و2024، استمرت Mojo Lens في ابتكار تقنيتها ومنتجاتها لتقديم شاشات ديناميكية وصلت إلى 28,000 بكسل لكل بوصة. الآن تشمل التقنية الأساسية الآن أجهزة ميكرو-LED زرقاء فعّالة على مقياس دون الميكرو متر وحبر نقطي كمي عالي الكفاءة، بينما يعتمد نظام العرض على ركائز لوحة خلفية CMOS محسّنة، وربط رقاقة إلى رقاقة، وبصريات ميكرو-عدسة مخصصة.
باستخدام ميكرو-عدسة Mojo، بقطر يطابق مسافة البكسل الموضوعة فوق مصدر uLED أصغر بكثير، يمكن توصيل ما يصل إلى 5 أضعاف تدفق الضوء إلى بؤرة الدخول لموجات الواقع المعزز النموذجية مقارنةً بالشاشات التقليدية.
في حين أن حل Mojo Lens يُعد رائدًا في الاتجاه، استثمر عمالقة التقنية الكبيرة أبحاثًا وموارد كبيرة في بناء حلول عرض واقع معزز متقدمة وعالية المستوى.
#1. 3M
إحدى الكيانات العالمية التي قامت بعمل رائع في تطوير حلول بصرية متقدمة لأجهزة الواقع المعزز/الواقع الافتراضي هي 3M. حلولها البصرية تدعم السماعات التي تقدم صورًا غامرة ذات جودة مثالية تتقارب بسلاسة بين العوالم الافتراضية والمادية.
إحدى المعجزات التقنية التي تطور 3M معظم عدساتها المتقدمة بناءً عليها هي نموذج البصريات المطوية أو بصريات الفطيرة. في هذا النموذج، تقوم التقنية بطي المسار البصري، مما ينتج صورة واضحة مع مجال رؤية واسع (FOV) وجهاز أرق بشكل عام.
عدسة 3M HARP، التي فازت بجائزة مكون العرض لعام 2022 من الجمعية، دمجت مستقطبًا عاكسًا مزدوج الانكسار لإنتاج عدسات عينية مدمجة ومتوسطة المجال البصري (FOV) وبصريات واسعة المجال للعرض على رؤوس الأجهزة باستخدام البصريات المطوية في تكوين العدسة.
استخدمت 3M عدسة HARP في نموذج سماعة رأس من Pegatron لإنتاج وحدة عدسة أرق بنسبة 50٪ مقارنةً بسماعة رأس تستخدم وحدة عدسة فريزين، مما أدى إلى سماعة رأس أرق بنسبة 40٪ بشكل عام.
ضمنت العدسة تقليل المسافة بين الشاشة وعين المستخدم، مما أدى إلى تقليل البلاستيك والوزن الإجمالي.
يُقاس MTF، أو دالة نقل التعديل، لتقييم قدرة نظام العدسة على الحفاظ على تباين الكائن أثناء تصويره. أظهرت عدسة 3M HARP MTF مقبولًا لبكسلات بحجم 9 ميكرون فقط. تدعي 3M أنها تعمل على حلول الواقع المعزز لمجموعة متنوعة من التطبيقات والصناعات.
(MMM )
للسنة المالية 2023، كان إيراد 3M السنوي 32.68 مليار دولار، بزيادة ملحوظة عن رقم 2022 البالغ 34.23 مليار دولار.
#2. Corning
لاعب عالمي رائد آخر يزعم أنه يمتلك ‘خبرة لا مثيل لها في علم الزجاج، علم السيراميك، والفيزياء البصرية مع قدرات تصنيع وهندسة عميقة’ قد أنشأ اسماً لنفسه في تطوير حلول زجاجية متقدمة لأجهزة الواقع المعزز/المختلط (AR/MR).
كانت Corning أول شركة تقدم رقائق زجاجية فائقة السطح، ذات معامل انكسار عالي، لصانعي أجهزة AR/MR الرائدين. في تطوير حلولها، استفادت Corning من تصاميم الموجات الموجهة.
فائدة تصاميم الموجات الموجهة هي أنها تسهل بناء أجهزة الواقع المعزز التي تكون أنحف وأخف وزنًا. تستفيد هذه الموجات الموجهة من زجاج فائق السطح مع معامل انكسار عالي لتحسين جودة الصورة وتوفير صندوق عين كبير، مما ينتج تجربة مستخدم محسنة بشكل كبير من حيث الجودة الغامرة. بالإضافة إلى الحلول، تقدم Corning أيضًا تقنيات تصنيع أجهزة AR/MR للعملاء المهتمين بالإنتاج الضخم لأجهزة AR/MR. تقدم Corning أدوات قياس السطح من الدرجة الأولى من Corning Tropel وآلات قطع زجاج بالليزر عالية الدقة ومؤتمتة من Corning Laser Technologies.
(GLW )
للسنة الكاملة 2023، سجلت Corning مبيعات GAAP بقيمة 12.6 مليار دولار، بانخفاض 11٪.
مستقبل الحلول البصرية الجاهزة للواقع المعزز
يملك الواقع المعزز القدرة على تحسين طريقة إدراكنا للرؤية والبصر بشكل جذري. عالم العدسات الذكية يتوسع، وقد استثمرت شركات مثل سامسونج وسوني وجوجل موارد بحث وتطوير حاسمة فيه.
مشاركة سامسونج في تصنيع العدسات الذكية تم مناقشتها منذ عام 2016، عندما قدمت الشركة طلب براءة اختراع للعدسات الذكية. وفقًا لتقارير تكهنية، تم تقديم البراءة لتقنية عدسة ذكية يمكنها عرض صور في عيني المستخدم. تم إنشاؤها بواسطة عالم في كوريا الجنوبية، وكان تقديم الطلب مركزًا حول جانب توافق الواقع المعزز، حيث تحتوي العدسة على شاشة صغيرة، وكاميرا، وهوائي. يمكنها وضع صور مولدة حاسوبيًا فوق العالم الحقيقي. وفقًا للتقارير، يمكن التحكم في المستشعرات عن طريق الرمش، ويمكن للمرتدي التقاط صور بالغمزة.
نجاح الواقع المعزز، من حيث أنه يصبح أكثر حساسية واندماجًا، سيعتمد إلى حد كبير على الابتكارات التي تحدث في مجال ميزاته البصرية.
سيتضمن المستقبل عدسات يمكن للمستخدمين من خلالها عرض المعلومات بسهولة على مجال رؤيتهم. قد تكون نوعية المعلومات أي شيء، من تفاصيل الملاحة إلى ترجمة اللغات الأجنبية إلى التحديثات الفورية. فائدة أخرى هامة لعدسات الواقع المعزز هي قدرتها على تقديم حل تحولي للأشخاص ذوي الإعاقات البصرية.
مع ذلك، يتطلب تقديم هذه الخدمة بأكثر طريقة كفاءة تحسين العدسات في التعرف على الكائنات، وتحديد الوجوه، وتوفير إشارات صوتية.
ستظهر عدسات الواقع المعزز من الجيل التالي كفائزة واضحة في مجال الراحة وقابلية النقل للحلول. ستجعل السماعات أخف وزنًا وأكثر راحة للارتداء. جانب آخر من عدسات الجيل التالي سيجعلها تزدهر هو أنها تتجاوز تحسين الرؤية وتدمج مجموعة من ميزات المراقبة.
ستساعد هذه المعلمات المراقبة، التي تشمل المؤشرات الحيوية، الواقع المعزز على الازدهار في مجال الرعاية الصحية والتشخيص.
مع ذلك، يجب على المطورين أن يكونوا واعين ببعض الجوانب الحيوية عند تطوير حلولهم. يجب أن تعالج العدسات مخاوف الخصوصية بشكل استباقي وكفء. يجب أن يضمنوا تقليل مناطق الخطر المحتملة وسوء استخدام المعلومات الحيوية إلى الحد الأدنى. فقط عندها سيصبح الواقع المعزز جزءًا من حياتنا اليومية.
انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل أسهم الواقع المعزز والواقع الافتراضي التي يمكن النظر فيها.
