نظارات الواقع المعزز خفيفة الوزن تجعل الاستخدام اليومي أقرب إلى الواقع

كشف فريق من باحثي POSTECH مؤخرًا عن طريقة جديدة لابتكار نظارات واقع معزز فائقة النحافة وخفيفة الوزن. قد يُسهم هذا النهج المُحدّث في جعل الواقع المعزز واقعيًا للاستخدام اليومي، مُبشرًا بعصر جديد من التكنولوجيا في مختلف القطاعات. إليكم كيف يُمكن لهذا الفريق دفع اعتماد الواقع المعزز إلى آفاق جديدة في السنوات القادمة.

ما هو الواقع المعزز وما أهميته؟

يشير الواقع المعزز (AR) إلى دمج العالمين الرقمي والواقعي في واجهة سلسة. يعود هذا المفهوم إلى عام ١٩٦٨، عندما قدّم عالم الحاسوب في جامعة هارفارد، إيفان ساذرلاند، المعروف أيضًا بأب رسومات الحاسوب، شاشته المثبتة على الرأس بتقنية الواقع المعزز لأول مرة.

لم تظهر أنظمة الواقع المعزز تجاريًا إلا في عام ٢٠٠٨. في هذه الحالة، ربطت وكالة إعلانات ألمانية هذه التقنية بإعلان في مجلة، يسمح للمستخدم، عند عرضه أمام كاميرا حاسوب، بالتحكم في صورة المجلة على الشاشة.

منذ ذلك الحين، شهد الواقع المعزز نموًا هائلًا في قطاعات التصنيع والترفيه والقطاع العسكري. يمكنك العثور على أنظمة الواقع المعزز في كل مكان اليوم. من سماعات الرأس التي يرتديها الطيارون المقاتلون المتقدمون، إلى ألعاب الجوال الشهيرة مثل بوكيمون جو، تواصل تقنية الواقع المعزز تغيير طريقة تفاعلنا مع العالم.

ما هو حجم سوق الواقع المعزز في عام 2024؟

هناك رغبة قوية من جانب المصنّعين لجعل الواقع المعزز تقنية يومية. ويتجلى هذا التوجه في نمو السوق. ففي عام ٢٠٢٤، بلغت قيمة سوق الواقع المعزز ٤٢.٤٨ مليار دولار أمريكي. ووفقًا لأحدث الترفيه الغامر - تقرير الأعمال الاستراتيجي العالمي 2024بلغ حجم السوق العالمي للترفيه الغامر 133.6 مليار دولار أمريكي في عام 2024. ومن المثير للإعجاب أن سوق الواقع المعزز العالمي من المتوقع أن يتوسع بمعدل نمو سنوي مركب قدره 42.36%. ويعني هذا المعدل أنه بحلول عام 2029، ستبلغ قيمة السوق 248.38 مليار دولار أمريكي.

ما الذي يعيق استخدام نظارات الواقع المعزز يوميًا؟

على الرغم من النمو المتوقع والزيادة المطردة في عدد المصنّعين، لا تزال أنظمة الواقع المعزز الحالية تعاني من العديد من المشاكل التي يجب معالجتها قبل إطلاقها. أولًا، غطاء الرأس لهذه الأجهزة ضخم وثقيل جدًا.

لا يستطيع مستخدمو الواقع المعزز تجربة الاستخدام اليومي بشكل حقيقي، لأن الأجهزة غير مريحة للارتداء لفترات طويلة. تخيل لو أن ساعتك الذكية تزن كيلوغرامًا واحدًا. من غير المرجح أن تفكر في ارتدائها طوال اليوم، أو حتى للمهام التي تتطلب حركات يد دقيقة وحساسة.

ينطبق الأمر نفسه على أنظمة الواقع المعزز. يجب أن يتجاوز مستوى راحتها فائدتها. يرغب الناس في جهاز خفيف الوزن بالكاد يُلاحظ. الشكل المثالي سيكون مشابهًا للنظارات التقليدية، ووزنه متقارب.

لماذا تُعتبر الموجهات الموجية عقبة أمام سماعات الواقع المعزز

تكمن جوهر مشاكل سوق الواقع المعزز في طريقة عرض هذه التقنية للصور. تستخدم بصريات الواقع المعزز طبقات من الدليل الموجي تُساعد على التشتت اللوني، وتوجيه الصور الافتراضية إلى العين. حاليًا، تتطلب أنظمة الواقع المعزز طبقة دليل موجي منفصلة لكل لون. وبالتالي، يمكن أن تحتوي هذه الأجهزة على 3-6 صفائح زجاجية مكدسة في كل عين.

بالإضافة إلى ذلك، تحتاج هذه الأجهزة إلى وصلات شبكية متعددة الطبقات لتعمل بكفاءة. وللأسف، تتطلب هذه الأجهزة عمليات تصنيع معقدة ومكلفة وتتطلب خبرة عالية، مما يزيد من تكلفتها. عند دراسة هذه التكاليف، بالإضافة إلى ثقل وزن هذه الأجهزة على تطبيقات الرأس المريحة، يتضح جليًا مدى أهمية تركيز المهندسين.

هل يمكن للأسطح المتناهية أن تحل تحديات تصميم الواقع المعزز؟

إحدى الطرق التي لاقت بعض الاهتمام هي استخدام الأسطح المتحولة. الأسطح المتحولة هي مرنانات فوتونية مصممة خصيصًا لنطاقات دون الطول الموجي. صُممت هذه الرنانات للتكرار على فترات زمنية محددة، مما يسمح للمهندسين بتعديل جوانب رئيسية بشكل مستقل، بما في ذلك السعة والطور والاستقطاب. للأسف، لم يحقق هذا الحل أهدافه بسبب عوامل مثل انخفاض الكفاءة، والزيغ اللوني، وضعف التجانس.

اختراق POSTECH: الشبكات اللونية للواقع المعزز

إدراكًا للحاجة إلى أنظمة واقع معزز أكثر تطورًا، قدّم البروفيسور جونسوك رو وزملاؤه في POSTECH عملية تصنيع نظارات واقع معزز تُنتج نتائج رقيقة وخفيفة كالنظارات الطبية العادية. التقرير¹ شاشات عرض موجهة أحادية الطبقة باستخدام شبكات ميتاغراتينجية لونية للواقع المعزز بالألوان الكاملةيتناول البحث المنشور في مجلة Nature Nanotechnology كيف تمكن الفريق من إنشاء شاشة عرض موجهة أحادية الطبقة باستخدام الشبكات اللونية بدلاً من العدسات المتعددة.

المصدر - جامعة بوهانج للعلوم والتكنولوجيا (POSTECH)

يجمع المهندسون بين ركيزة موجه موجي أحادية الطبقة وموصلات خالية من التشتت لإنشاء زوج من نظارات الواقع المعزز القادرة على التعامل مع جميع الألوان في طبقة زجاجية واحدة. وفي إطار هذا النهج، اضطر الفريق إلى اللجوء إلى تقنية تُسمى الترحيل اللوني. وقد ألغت هذه الاستراتيجية الحاجة إلى طبقات متعددة، مما أدى إلى خفض تكاليف التصنيع وتعقيده ووقته.

كيف قام الباحثون بتصميم شاشة ذات طبقة واحدة

استخدم المهندسون مصفوفات دورية من الهياكل النانوية المستطيلة لتحقيق أهدافهم. السطح المُصمم خصيصًا قادر على حيود الضوء الأحمر والأخضر والأزرق في الاتجاه نفسه. وفي إطار هذا النهج، قام الفريق بدمج نيتريد السيليكون النانوي (Si₃N₄) في أعمدة موضوعة خصيصًا داخل الهيكل. أتاحت هذه الأعمدة للمهندسين ضبط تصميمهم حسب الحاجة.

خوارزميات متقدمة تُحسّن التحكم في الضوء في نظارات الواقع المعزز

اعتمد الفريق على خوارزمية لتحسين الطوبولوجيا العشوائية لضمان تحقيق الجهاز أقصى كفاءة. سمح هذا التصميم للعلماء بتوجيه الضوء لتحقيق زاوية انتشار لونية داخل ركيزة الدليل الموجي المفرد. مكّن هذا النهج الفريق من إنشاء صور إسقاطية مستدامة وعالية الجودة.

بيئة عمل أفضل: ميزة Eyebox مقاس 9 مم

أحد المكونات الأساسية للجهاز هو غطاء العين. حرص المهندسون على ضمان بيئة عمل وراحة ممتازة. لذلك، قرروا أن غطاء العين الأكبر (9 مم) هو الشكل والحجم الأمثل. وأشاروا إلى أن غطاء العين الأكبر يوفر جودة صورة ثابتة ويحافظ على حدتها، حتى مع اختلاف نظر المستخدم.

اختبار النموذج الأولي لنظارات الواقع المعزز الجديدة

اختبر الفريق تصميماتهم على مدار عدة أيام. ونجحوا في إنتاج صور كاملة الألوان، زاهية الألوان ودقيقة. استخدم الباحثون دليلاً موجيًا أحادي الطبقة بسُمك 500 ميكرومتر كجزء من الاختبارات. وفّرت شاشة الواقع المعزز الملونة هذه بديلاً خفيف الوزن ومريحًا لسابقاتها.

ماذا كشفت الاختبارات؟ الأداء والمؤثرات البصرية

أظهرت نتائج الاختبار أن النهج المُحسّن قادر تمامًا على إعادة إنشاء صور كاملة الألوان من التصميم فائق الخفة. ساهم هذا الإعداد الحصري في حل العديد من القيود الرئيسية الموجودة في تصميمات الواقع المعزز التقليدية للبصريات القريبة من العين. أولًا، أزال الجهاز المُحسّن ضبابية الألوان، كما أظهر تجانسًا فائقًا ووفر صورة عرض أكثر سطوعًا.

لماذا قد تُغير واجهة الواقع المعزز الجديدة كل شيء؟

هناك العديد من المزايا التي تجعل واجهة الواقع المعزز الجديدة ناجحة. أولًا، إنها تُقلل من شكل الجهاز ووزنه، مما يسمح للمستخدم بارتداء وحدة الواقع المعزز براحة لفترة طويلة. وقد أصبح هذا التصميم فائق النحافة وخفة الوزن ممكنًا لأن قطر الدليل الموجي لا يتجاوز جزءًا من مائة من قطر شعرة الإنسان. وفيما يلي بعض المزايا المهمة الأخرى التي لا ينبغي إغفالها.

صور عالية الجودة

يوفر نظام الواقع المعزز الجديد صورًا بجودة أفضل. وقد ساهم تقليل طبقات الطول الموجي في تحسين السطوع والجودة. ولا ينبغي أن تُضحي هذه الأنظمة بجودة الرسومات لتحسين بيئة العمل. والجدير بالذكر أن هذا التصميم يُحسّن جميع الجوانب مع تقليل الوزن الإجمالي.

تكاليف التصنيع

يُعدّ تصنيع نظارات الواقع المعزز المتقدمة مهمةً مُستهلكةً للوقت ومُكلفةً. ولأنّ مُعظم النظارات اليوم تتطلّب من 3 إلى 6 مُوجّهات موجية لكلّ وحدة، فإنّ تكلفة تصنيع هذه الأجهزة أعلى بكثير من تكلفة وحدة شبكة موجية واحدة. لذا، يُقدّم هؤلاء المهندسون عملية إنتاج مُبسّطة وبسيطة تُوفّر نتائج أفضل.

قابلة لل

من المزايا الرئيسية الأخرى إمكانية تخصيص تصميم نظارات الواقع المعزز الجديدة. يمكن تعديل هذا الترتيب لدعم عمليات التصنيع على مساحات واسعة. سيسمح هذا النهج لمزيد من المصنّعين بدخول السوق، مما يعزز المنافسة والابتكار.

متى من المتوقع أن تصل هذه النظارات إلى الأسواق؟

لهذه التقنية استخدامات متعددة. أولًا، تُقدّم الدراسة شاشات الواقع المعزز من الجيل التالي، والتي يُمكن دمجها في مجموعة واسعة من القطاعات. بدءًا من الأطباء الذين يستخدمون هذه التقنية لإجراء عمليات جراحية معقدة، مرورًا بالطيارين العسكريين الذين يتجاوزون الدفاعات الجوية بسرعة، ووصولًا إلى البحث عن أفضل العروض في مراكز التسوق، تُعدّ هذه الأنظمة مُصمّمة لاستخدامات متقدمة.

الجدول الزمني لواجهات الواقع المعزز

لم يُحدد المهندسون أي جدول زمني. ومع ذلك، فإن الطلب الكبير على واجهات واقع معزز مُحسّنة، بالإضافة إلى معدل النمو المُذهل في هذه الصناعة، يُرجّح أن هذه التقنية ستُطرح في السوق خلال أقل من خمس سنوات. فالتقنية اللازمة لتحقيق ذلك مُتاحة بالفعل، والمُصنّعون حريصون على خفض الأسعار مع توفير منتجات أفضل في السوق.

باحثون في واجهات الواقع المعزز

أُجريت دراسة واجهات الواقع المعزز بواسطة سيوكيل مون، وسيوكوو كيم، وجوهون كيم، وتشانغ-كون لي، وجونسوك رو. وقد عمل الفريق سابقًا على أنظمة الواقع المعزز، ويُعدّ هذا التحديث الأخير تتويجًا لسنوات من البحث.

ومن الجدير بالذكر أن الدراسة تلقت الدعم من شركة سامسونج للأبحاث، وبرنامج POSCO Holdings N.EX.T Impact، ومشروع الخيميائي التابع لوزارة التجارة والصناعة والطاقة، وبرنامج دعم أبحاث التقارب العالمي التابع لوزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات، وبرنامج الباحثين في منتصف حياتهم المهنية.

الخطوات التالية: الشراكة لتسويق الواقع المعزز

هناك إمكانيات تسويقية واعدة لواجهات الواقع المعزز المُحسّنة. قد تصبح هذه الأنظمة شائعةً كاستخدام الهاتف المحمول يومًا ما. لذا، يسعى المهندسون الآن لإيجاد شركاء صناعيين وتصنيعيين للمساعدة في إدخال هذا المفهوم إلى الإنتاج.

اللاعبون التجاريون في وضع يسمح لهم بالاستفادة من ابتكار الواقع المعزز

يُعد سوق الواقع المعزز قطاعًا تنافسيًا يشهد باستمرار دخول المزيد من المصنّعين والمصممين إليه. ويُعزى نمو هذا السوق مباشرةً إلى ازدياد طلب المستهلكين على منتجات الواقع المعزز المتقدمة.

مع استجابة المزيد من الشركات لهذه المتطلبات، من السهل ملاحظة أن بعض الشركات لا تزال في صدارة السباق. إليكم شركة تتمتع بمكانة سوقية ممتازة وقدرة على دمج أحدث نتائج دراسات الواقع المعزز لتعزيز أرباحها.

شركة أدفانسد ميكرو ديفيسس 

شركة متقدمة مايكرو الأجهزة (AMD + 0.92٪) دخلت AMD السوق عام ١٩٦٩ كمنتجة للرقائق. أسس جيري ساندرز هذه الشركة الناشئة في وادي السيليكون لدعم أنظمة حاسوبية أكثر تطورًا وسرعة. منذ انطلاقها، نمت AMD لتصبح واحدة من الشركات الرائدة في تصنيع الرقائق وقطاع الواقع المعزز.

تشتهر AMD اليوم بمعالجاتها المتطورة التي تدعم الحوسبة عالية الأداء، وتقنيات التصور، والرسومات المُحسّنة. إضافةً إلى ذلك، تواصل الشركة تعزيز مكانتها في سوق الواقع المعزز. وتلعب حاليًا دورًا هامًا في صناعة الواقع المعزز، حيث تُوفر رقاقات متطورة لدعم تطبيقات الجيل التالي.

AMD من أكبر الشركات في قطاع التكنولوجيا. ولديها حاليًا شراكات استراتيجية مع العديد من الشركات الكبرى. على سبيل المثال، تُشغّل رقائق AMD جهاز PlayStation 5 من سوني وأجهزة ألعاب Series X|S من مايكروسوفت.

ساعد هذا التمركز شركة AMD على تحقيق قيمة سوقية قدرها 166.75 مليار دولار أمريكي، بالإضافة إلى تقييم بقيمة 164.17 مليار دولار أمريكي. حاليًا، يبلغ مضاعف ربحية السهم السابق 75.08، ومضاعف ربحية السهم المستقبلي 24.28. ووفقًا لسجلات الشركة، حققت AMD إيرادات بلغت 27.75 مليار دولار أمريكي، وحققت أرباحًا بلغت 2.23 مليار دولار أمريكي هذا العام. على الراغبين في البحث عن شركة مرموقة ذات حضور قوي في قطاع الواقع المعزز الناشئ، إجراء المزيد من البحث حول AMD.

الأفكار النهائية: إدخال الواقع المعزز في الحياة اليومية

من المثير للاهتمام أن نرى كيف أن التكنولوجيا التي بدت في السابق ضربًا من الخيال العلمي، أصبحت الآن على وشك أن تصبح من الأدوات اليومية. يُحسّن الواقع المعزز قدراتك بشكل كبير، ويُسهم في بناء مجتمع أكثر كفاءة. ولتحقيق هذه الأهداف، يجب أن تُلبّي تصاميم الواقع المعزز أولًا الرغبات الإنسانية الأساسية، كالراحة والموثوقية. فإذا نجحت في تحقيق هذه الأهداف، فستكون هناك إمكانات هائلة للتقدم التكنولوجي.

تعرف على مشاريع AR و VR الرائعة الأخرى الآن.

الدراسات المشار إليها:

^{1. مون، س.، كيم، س.، كيم، ج. وآخرون. شاشات عرض موجهة أحادية الطبقة تستخدم شبكات ميتاغراتينجية لونية للواقع المعزز بالألوان الكاملة. نات. تقنية النانو. (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-025-01887-3}