Forbedring af Augmented Reality med næste‑generations linser

En af de største online designskoler globalt, Interaction Design Foundation, definerer Augmented reality som ‘en oplevelse hvor designere forbedrer dele af brugerens fysiske verden med computer‑genereret input.’ IBM, et af de banebrydende virksomheder, der altid har introduceret os for nye former for banebrydende teknologi, ser og studerer AR som den ‘real‑time integration af digital information i en brugers miljø.’ 

Disse definitioner viser, at Augmented Reality er intet mindre end et radikalt spring, som involverer højt fantasifulde forestillinger om, hvad teknologi kan give os, og indviklede løsninger for at gøre disse forestillinger til virkelighed. 

At gøre augmented reality til et effektivt og effektivt forslag i praksis kræver, at mange faktorer fungerer godt. Sammenkoblingen af den digitale og fysiske verden skal være fejlfri og sømløs. Interaktionerne skal foregå i realtid, og identifikationen af virtuelle og reelle objekter i tredimensionelle grænseflader skal være præcis. 

Gennem årene har forskere og innovative teknologiprojektteams utrætteligt arbejdet på at perfektionere disse faktorer. Ny forskning har skabt stor begejstring inden for dette område. Videnskabsfolk har skabt den tyndeste linse på planeten, aktiveret af excitoner, som kunne bruges i fremtidige AR‑briller. I det følgende afsnit dykker vi dybere ned i denne forskning. 

Exciton‑aktiveret linse: Den tyndeste på Jorden

En gruppe forskere fra University of Amsterdam og Stanford University, Californien, har udnyttet et enkelt lag af tungsten disulfide (WS2) til at udvikle en flad linse, der er en halv millimeter bred, men kun 0.0000006 millimeter, eller 0.6 nanometer, tyk. Disse parametre gør linsen til den tyndeste på jorden. 

Ud over at bruge et usædvanligt materiale til at bygge linser, er linsen også en undtagelse i sin funktion. Mens normale linser afhænger af deres buede form for at bøje og fokusere lys, udnytter denne tre‑atom‑tykke flade linse kvanteeffekter. 

I modsætning til almindelige linser udnytter disse linser diffraktionsfænomenet i stedet for brydning. De består af koncentriske ringe af WS2 med mellemrum imellem for at fokusere lyset gennem diffraktion. Afstanden mellem disse ringe og deres størrelse bestemmer linsens brændvidde. 

For at gøre fokuseringen effektiv, er disse linser afhængige af kvanteeffekterne inden for WS2. West Texas A&M University associate professor i fysik Christopher S. Baird definerer kvanteeffekter som effekter, der ikke ‘korrekt forudsiges af klassisk fysik, men er korrekt forudsagt af kvanteteori.’ Klassisk fysik ser ‘materie’ som noget, der består af små, solide partikler.

“Derfor, hver gang vi får materiens dele til at opføre sig som bølger, demonstrerer vi en kvanteeffekt.”

– Professor Baird

Superledning er for eksempel en makroskopisk kvanteeffekt. I dette tilfælde arbejder kvanteeffekterne på at gøre materialet i stand til effektivt at absorbere og genudsende lys ved specifikke bølgelængder. Som resultat har linsen en indbygget evne, der hjælper den med at fungere bedre ved disse bølgelængder. 

Hvis vi forsøger at forstå kvanteeffekternes rolle bedre, fungerer de som en forstærkning, hvor WS2 absorberer lys ved at sende en elektron til et højere energiniveau. Fraværet af den negativt ladede elektron efterlader et positivt ladet hul i den atomare gitterstruktur. Dette hul forbliver forbundet med elektronen gennem en attraktiv elektrostatiske kraft, der virker mellem dem. Denne dannelse af elektronen, hullet i gitteret og kraften mellem dem er kendt som en ‘exciton’. Ved specifikke bølgelængder af lys udsendt af excitonerne opnår disse linser et tydeligt topunkt i deres effektivitet. 

Jorik van de Groep, en af papirens forfattere, har forklaret godt, hvorfor disse linser kan hjælpe AR med at gøre yderligere fremskridt. Som Jorik forklarer:

“Linsen kan bruges i applikationer, hvor udsigten gennem linsen ikke må forstyrres, men en lille del af lyset kan udnyttes til at indsamle information. Dette gør den perfekt til bærbare briller, såsom til augmented reality.”

Forskerne forsøger at opgradere løsningen og gøre den mere effektiv ved at afprøve mere komplekse og multifunktionelle optiske belægninger. I disse løsninger kunne funktionerne justeres elektrisk. En af fordelene ved at arbejde med excitoner er, at da de er meget følsomme over for et materiales ladningsdensitet (målingen af ophobning af elektrisk ladning i et givet felt), hjælper påføring af en spænding med at ændre materialets brydningsindeks.

Alt i alt kunne eksperimentet og dets resultater have en banebrydende indvirkning på AR og dets brug af linser i AR‑enheder. Fra begyndelsen har videnskabsfolk eksperimenteret med kvaliteten af AR‑linser, da de er afgørende interaktive værktøjer for brugere til at interagere med rum, der går ud over virkeligheden. For et par år siden resulterede et lignende banebrydende eksperiment i jordbaseret testning af den første AR‑baserede smarte kontaktlinse.

Klik her for en liste over banebrydende virksomheder, der redefinerer AR/VR‑fronten.

Den første AR‑baserede smarte kontaktlinse

I 2022 annoncerede Mojo Vision, et firma der påstår at være en pioner inden for fremtiden for Micro‑LED‑teknologi, lanceringen af Mojo Lens, verdens første Augmented Reality kontaktlinse. Det var en opgradering af virksomhedens fuldt selvstændige Mojo Lens prototype, som oprindeligt blev lanceret i 2020. 

Prototypen havde en MicroLED‑skærm på 14.000 pixel per tomme, der målte > 0.5 mm i diameter med en pixelpitch på 1.8‑mikron. På det tidspunkt blev den betragtet som verdens mindste, mest tætte skærm til dynamisk indhold. Derudover havde den en specialkonfigureret accelerometer, gyroskop og magnetometer for at muliggøre kontinuerlig sporing af øjenbevægelse. Dog krævede linsen, at brugeren bar ARM‑processorer omkring halsen, hvilket kunne muliggøre en trådløs videresendelse af information til linsen og tilbage til computere, der sporede øjenbevægelsen.

Mellem 2022 og 2024 fortsatte Mojo Lens med at innovere sin teknologi og produkter for at tilbyde dynamiske skærme, der nåede 28.000 pixel per tomme. Den kerne‑teknologi involverer nu effektive blå micro‑LED‑enheder i sub‑µm‑skala og høj‑effektiv kvante‑dot‑blæk, mens displaysystemet hviler på søjlerne af en optimeret CMOS‑bagplan, wafer‑to‑wafer‑binding og specialtilpasset mikrolins‑optik. 

Ved at bruge en Mojo mikrolinse, med en diameter der matcher pixelpitch placeret oven på en meget mindre uLED‑emitter, er det muligt at levere op til 5 gange mere lysstrøm ind i indgangspupillen på typiske AR‑bølgeledere sammenlignet med konventionelle skærme.

Mens Mojo Lens‑løsningen er en trendsætter, har store teknologigiganter investeret betydelige forskningsmidler og ressourcer i at bygge avancerede, banebrydende AR‑visningsløsninger.

#1. 3M

En global enhed, der har udført fenomenalt arbejde med at udvikle avancerede optiske løsninger til AR/VR‑enheder, er 3M. Dens optiske løsninger understøtter headsets, der tilbyder fordybende visuelle oplevelser af optimal kvalitet, som sømløst forener virtuelle og fysiske verdener. 

Et af de teknologiske vidundere, som 3M udvikler de fleste af sine banebrydende linser på, er paradigmet med foldet optik eller pandekageoptik. I dette paradigme folder teknologien den optiske sti, hvilket resulterer i skarpe billeder med et bredt synsfelt (FOV) og en tyndere samlet enhed. 

3M HARP‑linsen, som vandt 2022 Society of Display Component of the Year, integrerede en birefringent reflekterende polarizer for at producere kompakte, mid‑FOV‑øjenstykker og bred‑FOV‑optik til hovedmonterede displays ved brug af foldet optik i linsens konfiguration. 

3M brugte HARP‑linsen i et Pegatron prototype‑headset for at producere et 50 % tyndere linsmodul sammenlignet med et headset, der bruger et Fresnel‑linsmodul, hvilket resulterede i et 40 % tyndere samlet headset. 

Linsen sikrede mindre afstand mellem displayet og brugerens øje, hvilket resulterede i mindre samlet plast og vægt. 

MTF, eller modulation transfer function, måles for at vurdere et linsesystems evne til at bevare kontrasten af et objekt, mens det afbildes. 3M HARP‑linsen demonstrerede acceptabel MTF for pixel så små som 9 mikron. 3M hævder at arbejde på AR‑løsninger for en række forskellige anvendelser og industrier.

For regnskabsåret 2023, 3M’s årlige omsætning var $32.68 billion, en bemærkelsesværdig stigning fra 2022-tallet på $34.23 billion. 

#2. Corning

En anden førende global aktør, der påstår at have ‘enestående ekspertise inden for glasvidenskab, keramisk videnskab og optisk fysik med dyb fremstillings- og ingeniørkapacitet’, har skabt sig et navn inden for udvikling af banebrydende glasbaserede løsninger til augmented/mixed (AR/MR) reality‑enheder.

Corning var det første firma, der tilbød ultraflade, høj‑refraktiv indeks glasplader til førende AR/MR‑enhedsfremstillere. I udviklingen af sine løsninger udnyttede Corning bølgguide‑baserede designs. 

Fordelen ved bølgguide‑baserede designs er, at de muliggør konstruktion af AR‑enheder, der er slankere og lettere. Disse bølgledere udnytter ultrafladt glas med høj refraktionsindeks for at optimere billedkvaliteten og give en stor eye‑box, hvilket resulterer i en markant forbedret brugeroplevelse med hensyn til den fordybende kvalitet. Ud over løsningerne tilbyder Corning også AR/MR‑enhedsfremstillingsteknologier til kunder, der er interesserede i højvolumenproduktion af AR/MR‑enheder. Corning tilbyder top‑klasse flathed‑metrologi‑instrumenter fra Corning Tropel og yderst præcise, automatiserede laser‑glas‑skæremaskiner fra Corning Laser Technologies.

For hele året 2023, registrerede Corning GAAP‑salg på $12.6 billion, ned 11 %. 

Fremtiden for AR‑klar optiske løsninger

Augmented reality har potentialet til drastisk at forbedre den måde, vi opfatter syn og at se på. Verdenen af smarte kontaktlinser vokser, og virksomheder som Samsung, Sony og Google har investeret væsentlige F&D‑ressourcer i den. 

Samsungs involvering i produktion af smarte kontaktlinser har været diskuteret siden 2016, da virksomheden ansøgte om et patent på smarte kontaktlinser. Ifølge spekulative rapporter blev patentet indgivet for en smart kontaktlinseteknologi, der kunne projicere billeder ind i brugerens øjne. Skabt af en videnskabsmand i Sydkorea, var indgivelsen centreret omkring AR‑kompatibilitet, hvor linsen havde et lille display, kamera og antenne. Den kunne overlejre computer‑genererede billeder over den virkelige verden. Ifølge rapporter kunne sensorerne styres ved at blinke, og brugeren kunne tage fotografier ved at vride øjet. 

AR’s succes, i forhold til at blive mere følsom og fordybende, vil i høj grad afhænge af de innovationer, der sker inden for dets optiske funktioner. 

Fremtiden vil omfatte linser, hvor brugerne komfortabelt kan få information overlejret på deres synsfelt. Typen af information kan være alt fra navigationsdetaljer til oversatte fremmedsprog til realtidsopdateringer. En anden væsentlig fordel ved AR‑kontaktlinser vil være deres evne til at tilbyde en transformerende løsning for synshandicappede personer. 

Dog vil det for at tilbyde denne service på den mest effektive måde kræve, at linserne forbedrer deres evne til at identificere objekter, genkende ansigter og tilbyde auditive signaler. 

Næste‑generations AR‑kontaktlinser vil fremstå som en klar vinder inden for området, der beskæftiger sig med bekvemmelighed og bærbarhed af løsninger. De vil gøre headsets lettere og mere behagelige at bære. En anden aspekt ved næste‑generations linser, der vil få dem til at trives, er, at de går ud over synsforbedring og inkorporerer en række overvågningsfunktioner.

Disse overvågede parametre, som inkluderer biomarkører, vil hjælpe AR med at blomstre inden for sundheds‑ og diagnostikområdet. 

Udviklere skal dog være opmærksomme på nogle få væsentlige aspekter, når de udvikler deres løsninger. Linserne bør proaktivt og kompetent håndtere privatlivsbekymringer. De skal sikre, at potentielle risikoområder og misbrug af vigtig information minimeres. Først da vil AR blive en del af vores daglige liv. 

Klik her for en liste over de bedste AR‑ og VR‑aktier at overveje.