الورق الإلكتروني ريتينا يحقق دقة العين البشرية (WO₃)

Display sizes have steadily shrunk while resolutions have soaring, bringing screens ever closer to our eyes.

In the early days, televisions and projectors were designed for shared distant viewing. This resulted in them being large, heavy, and fixed, forcing users to adjust to the screen.

That was until the rise of personal computers, which put screens right within our arms’ reach. Soon, displays became personal, which led to a shift from shared to individual interaction.

Then came the smartphone revolution, bringing screens even closer to our eyes. We could carry our screens with us everywhere, and interactions became more intimate.

Now, in the latest stage of this evolution, displays have moved onto our very bodies. Wearables such as smartwatches, fitness bands, AR glasses, and VR headsets sit mere millimetres from the eye, turning screens into extensions of ourselves.

Ongoing research is moving into retinal projection, near-eye displays, and neural interfaces to effectively merge display and perception, where the display becomes part of our visual system itself.

At each step of this process, physical distance has been reduced and immersion increased. But as display tech continues to advance, we are now faced with the limits of display size and resolution. 

حدود دقة العين البشرية (PPD) التي تحدد تقدم الشاشات

اسحب للتمرير →

بينما يركز العلماء والمهندسون والمصممون على تحسين دقة شاشات الهواتف المحمولة والواقع المعزز والواقع الافتراضي، يبقى السؤال ما إذا كانوا فعلاً يقدمون فوائد ملحوظة.

المسألة هي، بينما يمكن للمبتكرين والمصنعين الاستمرار في زيادة دقة تقنية شاشاتهم بإضافة المزيد من البكسلات، فإن العين البشرية لها حد.

يُشار إلى هذا الحد على أنه دقة الشبكية أو دقة الحد البصري للعين، والتي لا علاقة لها بشبكية العين نفسها بل بدماغنا. الشيء الجيد هو أن هذا الحد أعلى مما كنا نعتقد في البداية، أي 60 بكسلًا لكل درجة (PPD) بناءً على مخطط سنيلن.

لتحديد الحد الأقصى لدقة الشاشات، سعى دراسة حديثة إلى تحديد حد دقة الشبكية. ما وجدوه هو أن إضافة المزيد من البكسلات إلى الشاشة يجعلها أقل كفاءة، أكثر تكلفة، وتستهلك طاقة أكبر.

تهدف الدراسة إلى تحديد الدقة النهائية التي يظهر فيها الصورة حادة لأعيننا دون أي تشويش ملحوظ. لهذا، أجرى الباحثون تجربة شملت 19 مشاركًا تم عرض أنماط عليهم على شاشة متحركة (للتحكم المستمر في الدقة) بتدرجات دقيقة، بألوان رمادية وملونة. لقياس PPD، حرك الباحثون الشاشة أقرب وأبعد من المشاركين.

وجد الباحثون أنه عندما تتجاوز دقة البكسل الحد البصري للمراقب، يصبح المراقب غير قادر على التمييز بثقة بين الأنماط الدقيقة وصورة رمادية عادية. لذا، بمجرد أن يصل المراقبون إلى حد دقتهم، لا يستطيعون التمييز بين صورتين، مما يعني أن إضافة المزيد من البكسلات أو التفاصيل لا فائدة منها لأن العين البشرية لا تستطيع رؤيتها.

 
وفقًا لقياسات الدراسة، يمكن للعين البشرية تمييز التفاصيل عند 94 بكسلًا لكل درجة للصور الأحادية اللون (أبيض وأسود) التي تُعرض مباشرة، لكن هذا ينخفض للصور الملونة. كان 89 للأنماط الحمراء والخضراء، وأقل من ذلك، 53 بكسلًا لكل درجة، للأنماط الصفراء والبنفسجية. كما أبلغ الباحثون عن انخفاض أكبر في حد الدقة للأنماط الملونة مقارنة بالأنماط بالأبيض والأسود.

“أعيننا هي في الأساس حساسات ليست رائعة جدًا، لكن دماغنا يعالج تلك البيانات إلى ما يعتقد أننا يجب أن نراه.”

– رافال مانتيك، مشارك في كتابة الدراسة وأستاذ في مجال الرسومات والشاشات في كامبريدج

لماذا يؤدي تقليص بكسلات الإشعاع إلى الفشل عند كثافة بكسلات عالية جدًا

دفع كثافة البكسلات إلى ما يتجاوز ما يمكن لعيوننا تمييزه يأتي بتكلفة. مع استمرار تقليص حجم البكسلات في الشاشات الصادرة، تتدهور تجانس وشدة الإشعاع، ينخفض السطوع، وتزداد تداخل الألوان وتعقيد التصنيع، مما يجعل من الصعب تحقيق تصوير بدقة عالية جدًا.

تستخدم لوحات الهواتف التجارية اليوم بكسلات بحجم تقريبًا ~60 µm (≈450 PPI). وفقًا لدراسة Nature، هذا أكبر بضع آلاف مرة مما يحتاجه عرض متطابق مع العين من الناحية النظرية—ومن هنا الدفع إلى بنى بكسل جديدة تمامًا بدلاً من مجرد تقليص المصدِرات. على هذا النطاق، تكافح العين العارية في إدراك الضوء المنبعث، خاصة في البيئات الخارجية المضيئة.

فيما يتعلق بأصغر شاشة micro-LED ملونة، فإن حجم البكسل الأصغر يجعل من الصعب تحقيق دقة مستوى الشبكية عبر مجال رؤية واسع. عندما تكون البكسلات أصغر من 1 ميكرومتر (μm)، فإن أدائها ضعيف. على مثل هذه المقاييس الصغيرة، يمثل التجانس وتداخل الألوان أيضًا عقبات تقنية، مما يحد من استخدام تقنية الشاشات الصادرة التقليدية لإنشاء عرض الواقع الافتراضي النهائي.

ولكن هناك الورق الإلكتروني، الذي يستخدم الضوء المحيط ويمكنه الحفاظ على تباين بصري عالي بغض النظر عن حجم البكسل.

الورق الإلكتروني، أو E-paper، أو الورق الذكي، هو جهاز عرض يعكس الضوء المحيط لتقليد مظهر الحبر على الورق، بدلاً من إصدار ضوءه الخاص كما تفعل الشاشات المسطحة، مما يتطلب طاقة إضافية. هذا هو ما يجعل E-paper أو E-ink مريحًا للقراءة. كما يمكنه توفير زاوية مشاهدة أوسع من معظم الشاشات المضيئة.

علاوة على ذلك، يمكن للورق الإلكتروني الاحتفاظ بالصور الثابتة حتى بدون طاقة. قدرته على عرض المحتوى دون تجديد مستمر تجعله فعالًا جدًا في استهلاك الطاقة.

يتم ذلك بفضل ملايين الكبسولات الصغيرة المملوءة بسائل شفاف يحتوي على جسيمات ملونة فائقة الصغر ذات شحنات كهربائية مختلفة.

توضع الأقطاب الكهربائية فوق وتحت فيلم الكبسولة الرقيقة، وبحسب المجال الكهربائي المطبق، تتحرك الجسيمات إما إلى أعلى أو أسفل الكبسولة، مما يمنح سطح الشاشة لونه المحدد.

لكن للورق الإلكتروني قيوده الخاصة. لا يمكنه تحقيق دقة عالية بسبب قيود حجم الكبسولات.

لذلك، اجتمع باحثون من جامعة غوتنبرغ، وجامعة تشالمرز للتكنولوجيا، وجامعة أوبسالا لتقديم تقنية ورق إلكتروني جديدة، أُطلق عليها اسم الورق الإلكتروني ريتينا، والتي يمكنها تحقيق دقات فائقة الارتفاع.

تجاوز الورق الإلكتروني ريتينا الخاص بهم 25,000 بكسل لكل بوصة (PPI)، وهو ما يشير إليه الباحثون بأنه يتجاوز الحد النظري للبصر البشري البالغ 60 بكسلًا لكل درجة عبر مجال رؤية 120° على شاشة بحجم 8 مم.

يتميز هذا الورق الإلكتروني الجديد بكسلات ميتا WO3 الكهروكرومية التي تتحول من عازل إلى معدن عند الاختزال الكهروكيميائي، مما يتيح تعديلًا ديناميكيًا لمؤشر الانكسار والامتصاص البصري ويسمح بالتحكم الدقيق في الانعكاس والتباين على المستوى النانوي.

باستخدام هذا التأثير، يمكن للميتابكسلات تحقيق كثافات قريبة من حد الدقة البصرية عندما يتطابق حجم الشاشة مع قطر الحدقة. تُظهر التقنية الجديدة، وفقًا للدراسة، تباينًا بصريًا قويًا، استهلاكًا منخفضًا للطاقة، انعكاسًا يصل إلى 80%، قدرة فيديو فوق 25 هرتز، ودعمًا لعرض ثلاثي الأبعاد الأناغليف، مما يبرز إمكاناتها كحل للجيل القادم من أنظمة الواقع الافتراضي الغامرة.

الورق الإلكتروني ريتينا: بكسلات ميتا WO₃ توفر دقة بشرية

نُشر في Nature، الدراسة، “ورق إلكتروني ملون قابل للتعديل بمعدل فيديو مع دقة بشرية،”² تفاصيل التقنية الجديدة، التي تتميز بأصغر بكسلات في شاشة بأعلى دقة يمكن للعين البشرية إدراكها.

تعيد البكسلات إنتاج الألوان باستخدام جسيمات نانوية تتحكم أبعادها وترتيبها في كيفية تشتت الضوء. يمكن أيضًا تعديل الخصائص البصرية للجسيمات النانوية كهربائيًا.

مع هذا الاختراق، تعد التقنية بالمساعدة في إنشاء عوالم افتراضية تبدو كالعالم الحقيقي.

وفقًا للمؤلف الرئيسي للدراسة، كونلي شيونغ، الذي يشغل منصب محاضر أول مشارك وأستاذ مساعد في قسم علوم وهندسة المواد بجامعة أوبسالا، السويد:

“التقنية التي طورناها يمكن أن توفر طرقًا جديدة للتفاعل مع المعلومات والعالم من حولنا. يمكنها توسيع الإمكانيات الإبداعية، تحسين التعاون عن بُعد، وحتى تسريع البحث العلمي.”

ما قامت به الورقة الإلكترونية الجديدة هو التغلب على مشكلة الحجم.

حجم وعدد البكسلات يحددان الدقة والواقعية للعرض على الشاشة.

ومع ذلك، لا يمكن جعل البكسلات صغيرة جدًا دون التأثير على أدائها. نتيجة لذلك، تكون التجارب في الواقع المعزز والواقع الافتراضي اليوم محدودة، حيث تكون الشاشات صغيرة وموقعها قريب من العيون.

كل بكسل في الورق الإلكتروني ريتينا يبلغ حجمه 560 نانومترًا فقط.

في الوقت نفسه، مساحة الشاشة الإجمالية تقارن بحجم حدقة العين البشرية، وتوفر دقة تتجاوز 25,000 بكسل لكل بوصة.

“هذا يعني أن كل بكسل يتطابق تقريبًا مع مستقبل ضوئي واحد في العين، أي الخلايا العصبية في الشبكية التي تحول الضوء إلى إشارات بيولوجية. لا يستطيع البشر إدراك دقة أعلى من ذلك.”

– أندرياس داهلين، أستاذ في قسم الكيمياء والهندسة الكيميائية بجامعة تشالمرز

نوع الشاشة العاكسة الجديد، الذي يمكن وضعه قريبًا جدًا من العين، هو سلبي.

هذا يعني أنه لا يمتلك مصدر إضاءة خاص به. بدلاً من ذلك، تظهر ألوان البكسلات فقط عندما يضرب الضوء المحيط الهياكل الصغيرة على سطحها.

من المثير للاهتمام أن ريش العديد من الطيور الصغيرة، مثل الطائر الطنان والنجام، يتبع هذا المبدأ: يعرض اللون فقط عندما يضربه الضوء بزاوية معينة.

الآن، نوع الورق الإلكتروني الجديد قد تغلب على الحدود الفيزيائية والبصرية لتقنيات العرض التقليدية من خلال الهندسة البصرية على المستوى النانوي، مما يتيح له الحفاظ على الوضوح ودقة الألوان عند كثافات بكسل قصوى.

تحتوي البكسلات الصغيرة للورق الإلكتروني ريتينا على جسيمات من أكسيد التنجستن (WO3)، وهو مركب كيميائي من الأكسجين ومعدن التنجستن الانتقالي. يستجيب للضوء المرئي ويظهر عدة أطوار بلورية. للمادة تطبيقات محتملة كمادة وظيفية رئيسية للأقطاب الضوئية، والتحفيز، والأجهزة الكهروكرومية، وأجهزة الاستشعار الكيميائي.

قام الباحثون بنقش أقراص نانوية من WO3 على ركيزة عاكسة من الألمنيوم والبلاتين، حيث تعمل كل من هذه الأقراص النانوية كـ ‘ميتابكسل’ بصري، وبالتالي تولد اللون عبر تشتت مِي وتداخل.

من خلال ضبط حجم ومواقع جسيمات WO3 النسبية، تمكن الفريق من التحكم في كيفية انتشار وانعكاس الضوء بألوان مختلفة. هذا يخلق بكسلات بألوان الأحمر والأزرق والأخضر، والتي يمكن استخدامها لتوليد ألوان أخرى.

لتحويلها إلى اللون الأسود، يمكن إيقاف الجسيمات بتطبيق جهد ضعيف.

مع احتفاظ WO₃ الكهروكرومي بحالة لونه دون الحاجة إلى طاقة مستمرة، يستهلك العرض حوالي 1.7 mW/cm² أثناء تشغيل الفيديو و0.5 mW/cm² للصور الثابتة.

في الوقت نفسه، يتيح استخدام محلول إلكتروليت LiClO4 بتركيز 1.0 M، أحد أملاح الليثيوم الشائعة المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون، مع فجوة قطب أفقية تبلغ 500 نانومتر، للتقنية تحقيق حركة أيونات سريعة، مما يسمح بتغيّر اللون في 40 مللي ثانية فقط. هذه السرعة كافية لتشغيل فيديو سلس بأكثر من 25 هرتز.

“هذه خطوة كبيرة إلى الأمام في تطوير شاشات يمكن تصغيرها إلى حجم مصغر مع تحسين الجودة وتقليل استهلاك الطاقة. تحتاج التقنية إلى مزيد من الضبط الدقيق، لكننا نعتقد أن الورق الإلكتروني ريتينا سيلعب دورًا رئيسيًا في مجاله وسيتأثر في النهاية علينا جميعًا.”

– جيوفاني فولبي، أستاذ في قسم الفيزياء بجامعة غوتنبرغ

لإظهار أداء الورق الإلكتروني ريتينا، أنشأ فريق الباحثين صورة لـ “القبلة”، العمل الفني الشهير لجوستاف كليمت، على سطح يبلغ حجمه 1.4 × 1.9 مليمتر. هذا السطح يمثل 1/4000 من حجم هاتف ذكي قياسي.

كما أعادوا إنتاج فراشة ثلاثية الأبعاد أناغليف، مظهرين العمق الستيروسكوبي ودقة ألوان الفنون الدقيقة.

مع نقل أكثر من 80% من المعلومات عبر الإشارات البصرية، يمثل الورق الإلكتروني الجديد تقدمًا تكنولوجيًا مع إمكانات لتغيير طريقة تفاعلنا مع المعلومات.

في مجال تطبيقات الواقع المعزز، يتيح توافق الورق الإلكتروني ريتينا الفطري مع البيئة دمجًا بصريًا طبيعيًا، وتقلصًا كبيرًا في حجم البطارية. يفتح ذلك إمكانية شاشات ذاتية الطاقة بالكامل عند دمجها مع الخلايا الشمسية.

على الرغم من إمكاناته العالية، تحتاج التقنية إلى تحسين إضافي، حيث تحدد الدراسة الخطوات المستقبلية: تحسين نطاق الألوان والاستقرار التشغيلي والعمر الافتراضي، خفض جهد التشغيل، واستكشاف إلكتروليتات بديلة لتمديد المتانة وتقليل استهلاك الطاقة.

سيتكامل الفريق أيضًا مع مصفوفات الترانزستورات الرقيقة (TFT) ذات الدقة الفائقة للتحكم المستقل في البكسلات، مما يتيح شاشات ذات مساحة كبيرة. “نحن نتطلع إلى المستقبل، نتوقع تقدمًا كبيرًا في هذا المجال ونؤمن إيمانًا راسخًا بأن تطور الورق الإلكتروني ريتينا سيؤثر في النهاية على الجميع”، أشار إلى ذلك في الدراسة.

الاستثمار في تقنيات الشاشات المتقدمة

شركة التكنولوجيا العملاقة Apple Inc. (AAPL ) شاركت منذ فترة طويلة في أبحاث وتطوير الشاشات، مع التركيز على دقة ريتينا متطابقة مع عين الإنسان.

شاشة Retina هي سلسلة من شاشات LCD و OLED من Apple ذات كثافة بكسلات أعلى من شاشات Apple التقليدية. ظهرت هذه الشاشات في إصدارات iPhone الأولية ولاحقًا في iPad الجيل الثالث، حيث تم استبدال كل شاشة بأربعة بكسلات أصغر. اليوم، يمكن العثور على شاشة Retina في معظم منتجات Apple.

الحد الأدنى لكثافة بكسلات شاشات Retina من Apple ليس ثابتًا؛ فهو يتغير حسب مسافة المشاهدة.

تستثمر الشركة أيضًا بشكل كبير في نظارات الواقع المعزز والشاشات منخفضة الطاقة من الجيل التالي. في عام 2023، أطلقت Apple Vision Pro، أول سماعة رأس قابلة للارتداء، تقدم تجربة واقع مختلط. وفقًا لتقرير حديث من Bloomberg، أوقفت Apple عملية تجديد مخطط للسماعة.

بينما قد لا يأتي نسخة أخف وأكثر تكلفة من Vision Pro في أي وقت قريب، تركز Apple الآن على تطوير نظارات ذكية لتنافس منتجات Meta Platforms (META ). تهدف الشركة إلى إطلاق نظارات ذكية خلال بضع سنوات، مع نموذج يحتوي على شاشة على العدسة من المتوقع إصداره حوالي عام 2028.

المنتجات الرئيسية لشركة Apple هي iPhone و iPad و Mac و Apple Watch و AirPods، بينما تشمل منصاتها البرمجية iOS و macOS و iPadOS و watchOS و visionOS و tvOS. وفي الوقت نفسه، تشمل خدماتها AppleCare والإعلانات وخدمات السحابة والمحتوى الرقمي وخدمات الدفع.

في الأسبوع الماضي، أعلنت Apple عن نتائجها المالية للربع الرابع من السنة المالية 2025، التي انتهت في 27 سبتمبر 2025، وتجاوزت توقعات المحللين. أفادت الشركة بزيادة إيرادات بنسبة 8% على أساس سنوي لتصل إلى 102.5 مليار دولار. ويشمل ذلك 49.03 مليار دولار من إيرادات iPhone، و8.73 مليار دولار من إيرادات Mac، و6.95 مليار دولار من إيرادات iPad، و9.01 مليار دولار من إيرادات المنتجات الأخرى، و28.75 مليار دولار من إيرادات الخدمات.

خلال هذه الفترة، أبلغت الشركة عن ربحية مخففة للسهم بقيمة 1.85 دولار، بارتفاع 13% على أساس سنوي.

“بفضل مستويات رضا العملاء والولاء العالية جدًا لدينا، وصل قاعدة الأجهزة النشطة المثبتة إلى أعلى مستوى لها على الإطلاق عبر جميع فئات المنتجات والقطاعات الجغرافية.”

– كيفن بارك، المدير المالي لشركة Apple

من ناحية أخرى، صرّح الرئيس التنفيذي لشركة Apple تيم كوك أن الشركة ستطلق نسخة محدثة من المساعد الافتراضي والروبوت الدردشة Siri العام المقبل. كما أشار إلى شراكات قادمة، مثل تلك مع OpenAI لدمج ChatGPT في Apple Intelligence.

“نيتنا هي الاندماج مع المزيد من الأشخاص مع مرور الوقت.”

– تيم كوك

وفقًا لتقارير حديثة، تخطط Apple لدفع حوالي مليار دولار سنويًا للحصول على نموذج ذكاء اصطناعي يحتوي على 1.2 تريليون معلمة تم تطويره من قبل Google لدعم تجديد Siri.

فيما يتعلق بالقيمة السوقية لشركة Apple التي تبلغ 4 تريليون دولار، فإن سهمها يتداول حاليًا فوق 269 دولارًا، بارتفاع 7.87% منذ بداية العام. لديها ربحية مخففة للسهم (TTM) قدرها 7.43 ومضاعف السعر إلى الأرباح (TTM) يبلغ 36.37. أعلنت Apple مؤخرًا عن توزيع نقدي قدره 0.26 دولار للسهم.

الخلاصة

تقنية الشاشات تتقدم بهدف واحد في الاعتبار: تحقيق تكامل سلس بين رؤية الإنسان والعالم الرقمي. لتحقيق ذلك، قام العلماء والمهندسون بتقليص الفجوة بين الإدراك والإسقاط.

تمثل الأبحاث الحديثة حول الورق الإلكتروني ريتينا إنجازًا كبيرًا في هذا الصدد، حيث تحقق دقة مستوى العين البشرية باستخدام الضوء المحيط فقط من خلال الجمع بين كفاءة الطاقة للشاشات العاكسة ودقة التحكم البصري على المستوى النانوي. يفتح هذا الاختراق مسارات جديدة لأنظمة بصرية مستدامة وعالية الدقة، ومع تحسين الباحثين لنطاق الألوان والاستقرار والقابلية للتوسع، قد يصبح الورق الإلكتروني ريتينا أساس الجيل القادم من تقنيات العرض الغامرة وذات الكفاءة الطاقية العالية.

المراجع

<sup>1. Ashraf, M., Chapiro, A. & Mantiuk, R.K. حدود دقة العين — كم عدد البكسلات التي يمكننا رؤيتها؟ Nature Communications 16, 9086 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-64679-2
2. Santosa, A. S., Chang, Y-W., Dahlin, A. B., Österlund, L., Volpe, G. & Xiong, K. ورق إلكتروني ملون قابل للتعديل بمعدل فيديو مع دقة بشرية. Nature 646, 1089–1095 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09642-3</sup>