Leichte AR-Brillen bringen den Alltag näher an die Realität

Ein Forscherteam von POSTECH hat eine neue Methode zur Herstellung ultradünner und leichter Augmented-Reality-Brillen (AR) vorgestellt. Der neue Ansatz könnte dazu beitragen, AR alltagstauglich zu machen und eine neue Technologie-Ära in verschiedenen Branchen einzuläuten. So könnte das Team die AR-Akzeptanz in den kommenden Jahren auf ein neues Niveau heben.

Was ist Augmented Reality und warum ist sie wichtig?

Augmented Reality (AR) bezeichnet die Verschmelzung der digitalen und realen Welt in einer nahtlosen Schnittstelle. Das Konzept existiert seit 1968, als der Harvard-Informatiker Ivan Sutherland, auch bekannt als Vater der Computergrafik, erstmals sein AR-Head-Mounted-Display vorstellte.

Erst 2008 kamen die ersten kommerziell verfügbaren AR-Systeme auf den Markt. In diesem Fall kombinierte eine deutsche Werbeagentur die Technologie mit einer Zeitschriftenanzeige. Der Nutzer konnte das Bild auf dem Bildschirm manipulieren, indem er die Anzeige vor eine Computerkamera hielt.

Seitdem hat AR in der Fertigung, der Unterhaltung und im Militärsektor ein enormes Wachstum erlebt. AR-Systeme sind heute allgegenwärtig. Von den Headsets fortgeschrittener Kampfpiloten bis hin zu beliebten Handyspielen wie Pokémon GO verändert AR-Technologie weiterhin unsere Interaktion mit der Welt.

Wie groß ist der Augmented-Reality-Markt im Jahr 2024?

Hersteller wollen AR zu einer alltäglichen Technologie machen. Dieser Vorstoß lässt sich am Marktwachstum ablesen. Im Jahr 2024 erreichte der AR-Markt einen Wert von 42.48 Milliarden US-Dollar. Laut den neuesten Immersive Entertainment – ​​Global Strategic Business Report 2024Der globale Markt für immersive Unterhaltung belief sich im Jahr 133.6 auf 2024 Milliarden US-Dollar. Beeindruckend ist die Prognose, dass der globale AR-Markt mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 42.36 % wachsen wird. Diese Wachstumsrate bedeutet, dass der Markt bis 2029 einen Wert von über 248.38 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

Was hält alltägliche AR-Brillen zurück?

Trotz des prognostizierten Wachstums und der stetigen Zunahme der Hersteller gibt es bei den heutigen AR-Systemen noch viele Probleme, die gelöst werden müssen, bevor sie sich durchsetzen können. Zum einen sind die Kopfbedeckungen für diese Geräte zu sperrig und zu schwer.

Augmented-Reality-Nutzer können die alltägliche Nutzung nicht wirklich erleben, da die Geräte für längeres Tragen einfach zu unbequem sind. Stellen Sie sich vor, Ihre Smartwatch wiegt ein Pfund. Sie würden sie kaum den ganzen Tag tragen oder sogar für Aufgaben, die feine und präzise Handbewegungen erfordern.

Dasselbe Szenario gilt für AR-Systeme. Ihr Komfort muss ihren Nutzen übertreffen. Die Nutzer wünschen sich ein leichtes, kaum wahrnehmbares Gerät. Der ideale Formfaktor wäre wie bei herkömmlichen Brillen und das gleiche Gewicht.

Warum Wellenleiter ein Engpass für AR-Headsets sind

Der Kern der Probleme des AR-Marktes liegt in der Art und Weise, wie die Technologie Bilder darstellt. Die AR-Optik nutzt Wellenleiterschichten, die die chromatische Dispersion unterstützen und virtuelle Bilder zum Auge leiten. Derzeit benötigen AR-Systeme für jede Farbe eine separate Wellenleiterschicht. Daher können diese Geräte in jedem Auge drei bis sechs übereinander gestapelte Glasscheiben enthalten.

Darüber hinaus benötigen die Geräte für eine einwandfreie Funktion mehrschichtige Gitterkoppler. Leider erfordern diese Geräte komplexe, teure Herstellungsprozesse, die hohe Fachkompetenz erfordern und die Kosten weiter in die Höhe treiben. Betrachtet man diese Kosten und die Tatsache, dass diese Geräte für ergonomische Anwendungen am Kopf nach wie vor zu schwer sind, wird schnell klar, worauf sich die Ingenieure konzentrieren müssen.

Können Metaoberflächen AR-Design-Herausforderungen lösen?

Eine Methode, die auf großes Interesse stößt, ist die Verwendung von Metaoberflächen. Metaoberflächen sind speziell hergestellte photonische Resonatoren im Subwellenlängenbereich. Die Resonatoren sind so konzipiert, dass sie sich in bestimmten Intervallen wiederholen, sodass Ingenieure wichtige Aspekte wie Amplitude, Phase und Polarisation unabhängig voneinander verändern können. Leider hat diese Lösung ihre Ziele aufgrund von Faktoren wie geringer Effizienz, chromatischer Aberration und mangelnder Gleichmäßigkeit nicht erreicht.

POSTECHs Durchbruch: Achromatische Metagitter für AR

Professor Junsuk Rho und seine Kollegen von POSTECH erkannten den Bedarf an fortschrittlicheren AR-Systemen und führten ein Verfahren zur Herstellung von AR-Brillen ein, das so dünne und leichte Brillengläser wie herkömmliche Brillen ermöglicht. Der Bericht¹ Einschichtige Wellenleiterdisplays mit achromatischen Metagittern für vollfarbige Augmented Reality, veröffentlicht in Nature Nanotechnology, geht eingehend darauf ein, wie das Team ein einschichtiges Wellenleiterdisplay mithilfe achromatischer Metagitter anstelle mehrerer Linsen erstellen konnte.

Quelle - POSTECH (Pohang Universität für Wissenschaft und Technologie)

Die Ingenieure kombinieren ein einschichtiges Wellenleitersubstrat mit dispersionsfreien Kopplern, um eine AR-Brille zu entwickeln, die alle Farben in einer einzigen Glasschicht verarbeiten kann. Im Rahmen dieses Ansatzes griff das Team auf eine Technik namens achromatisches Metagitter zurück. Diese Strategie machte mehrere Schichten überflüssig und reduzierte so Herstellungskosten, Komplexität und Zeitaufwand.

Wie die Forscher ein einschichtiges Display entwickelten

Um ihre Ziele zu erreichen, nutzten die Ingenieure periodische Anordnungen rechteckiger Nanostrukturen. Die speziell entwickelte Oberfläche kann rotes, grünes und blaues Licht in die gleiche Richtung beugen. Im Rahmen dieses Ansatzes integrierte das Team nanoskaliges Siliziumnitrid (Si₃N₄) in speziell positionierte Säulen innerhalb der Struktur. Diese Säulen ermöglichten es den Ingenieuren, ihre Kreation nach Bedarf zu optimieren.

Fortschrittliche Algorithmen verbessern die Lichtsteuerung in AR-Brillen

Um maximale Effizienz des Geräts zu gewährleisten, setzte das Team auf einen stochastischen Topologieoptimierungsalgorithmus. Das Design ermöglichte es den Wissenschaftlern, das Licht so zu lenken, dass innerhalb des einzelnen Wellenleitersubstrats ein achromatischer Ausbreitungswinkel erreicht wurde. Dieser Ansatz ermöglichte es dem Team, nachhaltige, qualitativ hochwertige Projektionsbilder zu erzeugen.

Bessere Ergonomie: Der 9-mm-Eyebox-Vorteil

Eine der Kernkomponenten des Geräts ist die Eyebox. Die Ingenieure mussten optimale Ergonomie und Komfort gewährleisten. Daher entschieden sie sich für eine größere Eyebox mit 9 mm Durchmesser, die die ideale Form und Größe darstellt. Sie stellten fest, dass die größere Eyebox eine konstante Bildqualität lieferte und ihre Schärfe auch dann beibehielt, wenn der Träger in verschiedene Richtungen blickte.

Testen des neuen AR-Brillen-Prototyps

Das Team testete seine Designs mehrere Tage lang. Es gelang ihnen, Vollfarbbilder mit lebendigen Farben und präzisen Bildern zu erstellen. Die Forscher nutzten dabei einen 500 µm dicken einschichtigen Wellenleiter. Dieses vollfarbige Augmented-Reality-Wellenleiterdisplay bot dem Träger eine leichte und komfortable Alternative zu seinen Vorgängern.

Was haben die Tests ergeben? Leistung und Optik

Die Testergebnisse zeigten, dass der verbesserte Ansatz in der Lage war, Vollfarbbilder aus dem ultraleichten Design zu reproduzieren. Das proprietäre Setup half dabei, mehrere wichtige Einschränkungen herkömmlicher Augmented-Reality-Nahsichtoptiken zu überwinden. So beseitigte das verbesserte Gerät beispielsweise Farbunschärfe. Darüber hinaus zeigte es eine höhere Gleichmäßigkeit und lieferte ein helleres Displaybild.

Warum diese neue AR-Schnittstelle alles verändern könnte

Mehrere Vorteile machen die neue AR-Schnittstelle so erfolgreich. Zum einen reduziert sie Formfaktor und Gewicht des Geräts, sodass die AR-Headunit auch über längere Zeit bequem getragen werden kann. Dieses ultradünne und leichte Design wurde möglich, weil der Wellenleiter nur ein Hundertstel des Durchmessers eines menschlichen Haares misst. Hier sind einige weitere wichtige Vorteile, die nicht außer Acht gelassen werden sollten.

Qualität Images

Das neue AR-System liefert qualitativ bessere Bilder. Die Reduzierung der Wellenlängenschichten trug zu mehr Helligkeit und Qualität bei. Diese Systeme dürfen nicht auf Grafik verzichten, um die Ergonomie zu verbessern. Dieses Design verbessert insbesondere alle Aspekte und reduziert gleichzeitig das Gesamtgewicht.

Herstellungskosten

Die Herstellung moderner AR-Brillen ist zeitaufwändig und teuer. Da die meisten heutigen Brillen drei bis sechs Wellenleiter pro Einheit benötigen, sind die Kosten für die Herstellung der Geräte deutlich höher als für ein einzelnes Wellengitter. Diese Ingenieure stellen einen optimierten und einfacheren Produktionsprozess vor, der bessere Ergebnisse liefert.

Skalierbar

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Anpassbarkeit des neuen AR-Brillen-Setups. Die Anordnung kann für die großflächige Fertigung angepasst werden. Dieser Ansatz ermöglicht mehr Herstellern den Markteintritt und fördert so Wettbewerb und Innovation.

Wann könnten diese Brillen auf den Markt kommen?

Die Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie sind vielfältig. Die Studie stellt AR-Displays der nächsten Generation vor, die in zahlreichen Branchen integriert werden können. Von Ärzten, die die Technologie für komplexe Operationen nutzen, über Militärpiloten, die an der Luftabwehr vorbeirasen, bis hin zur Suche nach den besten Angeboten im Einkaufszentrum – diese Systeme sind für fortgeschrittene Anwendungen bestimmt.

AR-Schnittstellen-Zeitleiste

Einen Zeitplan nannten die Ingenieure nicht. Die enorme Nachfrage nach besseren AR-Schnittstellen und das beeindruckende Branchenwachstum lassen jedoch vermuten, dass diese Technologie in weniger als fünf Jahren auf den Markt kommen wird. Die Technologie dafür ist bereits verfügbar, und die Hersteller sind bestrebt, die Preise zu senken und gleichzeitig bessere Produkte auf den Markt zu bringen.

AR-Schnittstellenforscher

Die Studie zu AR-Schnittstellen wurde von Seokil Moon, Seokwoo Kim, Joohoon Kim, Chang-Kun Lee und Junsuk Rho durchgeführt. Das Team hat bereits in der Vergangenheit mit AR-Systemen gearbeitet, und dieses neueste Upgrade ist der Höhepunkt jahrelanger Forschung.

Die Studie erhielt insbesondere Unterstützung von Samsung Research, POSCO Holdings N.EX.T Impact, dem Alchemist Project des Ministeriums für Handel, Industrie und Energie, dem Global Convergence Research Support Program des Ministeriums für Wissenschaft und IKT sowie dem Mid-Career Researcher Program.

Nächste Schritte: Partnerschaft für die AR-Kommerzialisierung

Die verbesserten AR-Schnittstellen bieten großes Vermarktungspotenzial. Diese Systeme könnten eines Tages so alltäglich werden wie Mobiltelefone. Daher suchen die Ingenieure nun nach Industrie- und Fertigungspartnern, die das Konzept in die Produktion bringen.

Kommerzielle Akteure profitieren von AR-Innovationen

Der AR-Markt ist ein wettbewerbsintensiver Sektor, in den immer mehr Hersteller und Designer einsteigen. Das Marktwachstum ist eine direkte Folge der gestiegenen Nachfrage der Verbraucher nach fortschrittlichen AR-Produkten.

Da immer mehr Unternehmen auf diese Anforderungen reagieren, ist es leicht zu erkennen, dass einige Firmen weiterhin führend sind. Hier ist ein Unternehmen mit hervorragender Marktpositionierung und der Fähigkeit, die neuesten AR-Studienergebnisse zu integrieren, um seinen Gewinn zu steigern.

Advanced Micro Devices, Inc. 

Advanced Micro Devices Inc. (AMD -0.87 %) AMD trat 1969 als Chiphersteller in den Markt ein. Das Silicon-Valley-Start-up wurde von Jerry Sanders gegründet, um fortschrittlichere und schnellere Computersysteme zu entwickeln. Seit seiner Gründung hat sich AMD zu einem der führenden Namen in der Chipherstellung und im AR-Sektor entwickelt.

AMD ist heute für seine fortschrittlichen Prozessoren bekannt, die Hochleistungsrechnen, Visualisierungstechnologien und verbesserte Grafik unterstützen. Darüber hinaus baut das Unternehmen seine Position im AR-Markt weiter aus. Derzeit spielt es eine bedeutende Rolle in der AR-Branche und liefert fortschrittliche Chips für Anwendungen der nächsten Generation.

AMD ist einer der größten Namen im Technologiesektor und unterhält strategische Partnerschaften mit verschiedenen Konzernen. AMD-Chips sind beispielsweise die Basis für Sonys PlayStation 5 und Microsofts Series X|S-Spielekonsolen.

Diese Positionierung hat AMD geholfen, eine Marktkapitalisierung von 166.75 Milliarden US-Dollar und eine Bewertung von 164.17 Milliarden US-Dollar zu erreichen. Das KGV der Aktie liegt aktuell bei 75.08 und das erwartete KGV bei 24.28. Laut Unternehmensangaben erzielte AMD in diesem Jahr einen Umsatz von 27.75 Milliarden US-Dollar und einen Gewinn von 2.23 Milliarden US-Dollar. Wer ein seriöses Unternehmen sucht, das im aufstrebenden AR-Sektor Fuß fasst, sollte sich näher mit AMD befassen.

Abschließende Gedanken: AR in den Alltag integrieren

Es ist interessant zu sehen, wie Technologien, die einst Science-Fiction-Charakter hatten, nun im Begriff sind, zum Alltagsgegenstand zu werden. AR erweitert unsere Fähigkeiten erheblich und trägt zu einer leistungsfähigeren Gesellschaft bei. Um diese Ziele zu erreichen, müssen AR-Designs zunächst grundlegende menschliche Bedürfnisse wie Komfort und Zuverlässigkeit erfüllen. Wenn sie diese Ziele erreichen, eröffnet sich der Technologie ein endloses Potenzial für die weitere Entwicklung.

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Zitierte Studien:

^{1. Moon, S., Kim, S., Kim, J. et al. Einschichtige Wellenleiterdisplays mit achromatischen Metagittern für erweiterte Realität in Vollfarbe. Nat. Nanotechnologie. (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-025-01887-3}