Erweiterte und virtuelle Realität
Leichtgewichtige AR-Brillen bringen den täglichen Gebrauch näher an die Realität
Ein Team von Forschern der POSTECH hat gerade eine neue Methode zur Herstellung von ultradünnen, leichtgewichtigen Augmented-Reality-(AR)-Brillen vorgestellt. Der aktualisierte Ansatz könnte dazu beitragen, AR realistischer für den täglichen Gebrauch zu machen und damit eine neue Ära der Technologie in verschiedenen Branchen einleiten. Hier ist, wie dieses Team die AR-Adoption in den kommenden Jahren auf ein neues Level heben könnte.
Was ist Augmented Reality und warum ist sie wichtig?
Augmented Reality (AR) bezeichnet die Vermischung der digitalen und realen Welten in einer nahtlosen Schnittstelle. Das Konzept existiert seit 1968, als der Harvard-Computerwissenschaftler Ivan Sutherland, auch bekannt als der Vater der Computergrafik, sein AR-Head-Mounted-Display zum ersten Mal vorstellte.
Es würde bis 2008 dauern, bis die ersten kommerziell verfügbaren AR-Systeme aufkamen. In diesem Fall koppelte eine deutsche Werbeagentur die Technologie mit einer Zeitschriftenanzeige, die, wenn sie vor einer Computerkamera gehalten wurde, es dem Benutzer ermöglichte, das Zeitschriftenbild auf dem Bildschirm zu manipulieren.
Seit dieser Zeit hat AR ein massives Wachstum in den Bereichen Fertigung, Unterhaltung und Militär erlebt. Man kann AR-Systeme heute überall finden. Von den Headsets, die von fortschrittlichen Kampfpiloten getragen werden, bis hin zu beliebten Mobilspielen wie Pokémon GO, verändert AR-Technologie weiterhin, wie wir mit der Welt interagieren.
Wie groß ist der Augmented-Reality-Markt im Jahr 2024?
Es gibt einen starken Wunsch der Hersteller, AR zu einer Alltagstechnologie zu machen. Dieser Druck kann durch das Wachstum des Marktes gesehen werden. Im Jahr 2024 erreichte der AR-Markt einen Wert von 42,48 Milliarden Dollar. Laut dem neuesten Immersive Entertainment—Global Strategic Business Report 2024 betrug der globale Markt für Immersive Entertainment im Jahr 2024 133,6 Milliarden Dollar. Beeindruckend ist, dass der globale AR-Markt voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 42,36 % wachsen wird. Diese Wachstumsrate bedeutet, dass der Markt bis 2029 einen Wert von über 248,38 Milliarden Dollar erreichen wird.
Was hält die AR-Brillen für den täglichen Gebrauch zurück?
Trotz des vorhergesagten Wachstums und eines stetigen Anstiegs der Hersteller gibt es noch viele Probleme mit den heutigen AR-Systemen, die angegangen werden müssen, bevor sie wirklich funktionieren können. Einerseits ist das Headwear für diese Geräte zu sperrig und schwer.
Benutzer von Augmented Reality können die tägliche Nutzung nicht wirklich erleben, weil die Geräte einfach zu unkomfortabel für einen langen Tragezeitraum sind. Stellen Sie sich vor, wenn Ihre Smartwatch ein Pfund wiegen würde. Es gibt wenig Chancen, dass Sie sie den ganzen Tag tragen oder für Aufgaben, die feine und präzise Handbewegungen erfordern, verwenden würden.
Das gleiche Szenario gilt für AR-Systeme. Ihr Komfortlevel muss ihre Nützlichkeit übersteigen. Menschen wollen ein leichtes Gerät, das kaum bemerkbar ist. Die ideale Form wäre wie traditionelle Brillen und würde etwa das gleiche wiegen.
Warum sind Waveguides ein Engpass für AR-Headsets?
Im Kern der Probleme des AR-Marktes liegt die Art und Weise, wie die Technologie Bilder anzeigt. Die AR-Optik nutzt Waveguide-Schichten, die bei der chromatischen Dispersion helfen und virtuelle Bilder zu Ihrem Auge leiten. Derzeit können AR-Systeme eine separate Waveguide-Schicht für jede Farbe erfordern. Als solche können diese Geräte 3-6 gestapelte Glasscheiben in jedem Auge haben.
Zusätzlich benötigen die Geräte Multilayer-Grating-Coupler, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Leider erfordern diese Geräte komplexe Fertigungsprozesse, die teuer und expertiseintensiv sind, was ihre Kosten erhöht. Wenn man diese Kosten betrachtet, kombiniert mit der Tatsache, dass diese Geräte immer noch zu schwer für ergonomische Head-Mounted-Anwendungen sind, ist es leicht zu sehen, wo Ingenieure sich konzentrieren müssen.
Können Metaoberflächen die AR-Designherausforderungen lösen?
Eine Methode, die einige Interesse gesehen hat, ist die Verwendung von Metaoberflächen. Metaoberflächen sind speziell hergestellte subwellenlängige photonische Resonatoren. Die Resonatoren sind so konzipiert, dass sie in bestimmten Abständen wiederholt werden, sodass Ingenieure wichtige Aspekte wie Amplitude, Phase und Polarisation unabhängig modifizieren können. Leider hat diese Lösung ihre Ziele aufgrund von Faktoren wie geringer Effizienz, chromatischer Aberration und schlechter Uniformität nicht erreicht.
Der Durchbruch von POSTECH: Achromatische Metagratings für AR
Die Notwendigkeit für fortschrittlichere AR-Systeme erkennend, stellten Professor Junsuk Rho und seine Kollegen an der POSTECH einen AR-Brillen-Herstellungsprozess vor, der Ergebnisse so dünn und leicht wie normale Brillen hervorbringt. Der Bericht1 Single-layer waveguide displays using achromatic metagratings for full-colour augmented reality, der in Nature Nanotechnology veröffentlicht wurde, beschreibt, wie das Team eine einzelne Waveguide-Display-Schicht mit achromatischen Metagratings anstelle von mehreren Linsen erstellen konnte.
Die Ingenieure kombinieren eine einzelne Waveguide-Substrat-Schicht mit dispersionsfreien Couplern, um ein Paar AR-Brillen zu erstellen, das alle Farben in einer einzigen Glasschicht verarbeiten kann. Im Rahmen dieses Ansatzes musste das Team auf eine Technik zurückgreifen, die als achromatische Metagrating bezeichnet wird. Diese Strategie eliminierte die Notwendigkeit für mehrere Schichten, senkte die Herstellungskosten, Komplexität und Zeit.
Wie die Forscher eine einzelne Display-Schicht entwickelten
Die Ingenieure nutzten periodische Arrays von rechteckigen Nanostrukturen, um ihre Ziele zu erreichen. Die speziell erstellte Oberfläche ist in der Lage, rotes, grünes und blaues Licht in die gleiche Richtung zu brechen. Im Rahmen dieses Ansatzes integrierten die Ingenieure Nanoskala-Siliciumnitrid (Si₃N₄) in speziell positionierten Säulen innerhalb der Struktur. Diese Säulen ermöglichten es den Ingenieuren, ihre Schöpfung nach Bedarf fein zu justieren.
Erweiterte Algorithmen verbessern die Lichtsteuerung in AR-Brillen
Das Team wandte sich einem stochastischen Topologie-Optimierungs-Algorithmus zu, um sicherzustellen, dass das Gerät die maximale Effizienz erreicht. Das Design ermöglichte es den Wissenschaftlern, das Licht so zu steuern, dass es einen achromatischen Propagationswinkel innerhalb der einzelnen Waveguide-Substrat-Schicht erreicht. Dieser Ansatz ermöglichte es dem Team, nachhaltige, hochwertige projizierte Bilder zu erstellen.
Bessere Ergonomie: Der 9-mm-Eyebox-Vorteil
Ein Kernkomponente des Geräts ist seine Eyebox. Die Ingenieure mussten sicherstellen, dass die Ergonomie und der Komfortlevel hervorragend waren. Als solche bestimmten sie, dass eine größere 9-mm-Eyebox die ideale Form und Größe war. Sie stellten fest, dass die größere Eyebox eine konstante Bildqualität bot und ihre Schärfe beibehalten konnte, auch wenn der Träger in verschiedene Richtungen blickte.
Testen des neuen AR-Brillen-Prototyps
Das Team testete seine Designs über mehrere Tage. Sie erstellten erfolgreich vollfarbige Bilder, die lebendige Farben und präzise Bilder boten. Die Forscher verwendeten eine 500-µm-dicke einzelne Waveguide-Schicht als Teil der Tests. Diese vollfarbige Augmented-Reality-Waveguide-Display-Anzeige bot dem Träger eine leichtgewichtige, komfortable Alternative zu ihren Vorgängern.
Was zeigten die Tests? Leistung und visuelle Effekte
Die Testergebnisse zeigten, dass der verbesserte Ansatz vollständig in der Lage war, vollfarbige Bilder aus dem ultraleichten Design zu rekonstruieren. Die proprietäre Einrichtung half, mehrere Schlüsselbegrenzungen in herkömmlichen AR-Near-Eye-Optik-Designs zu lösen. Einerseits eliminierte das verbesserte Gerät die Farbverzerrung. Zusätzlich zeigte es eine bessere Uniformität und bot ein helleres Display-Bild.
Warum diese neue AR-Schnittstelle alles ändern könnte
Mehrere Vorteile machen die neue AR-Schnittstelle zu einem Erfolg. Einerseits reduziert sie die Geräteform und das Gewicht, sodass eine Person die AR-Head-Einheit bequem für einen längeren Zeitraum tragen kann. Dieses ultradünne und leichte Design wurde möglich, weil die Waveguide nur ein Hundertstel des Durchmessers eines menschlichen Haares maß. Hier sind einige weitere wichtige Vorteile, die nicht übersehen werden sollten.
Qualitätsbilder
Das neue AR-System bietet bessere Bildqualität. Die Reduzierung der Wellenlängenschichten half, die Helligkeit und Qualität zu verbessern. Diese Systeme dürfen nicht die Grafik opfern, um die Ergonomie zu verbessern. Bemerkenswerterweise verbessert dieses Design alle Aspekte, während es das Gesamtgewicht reduziert.
Herstellungskosten
Die Herstellung von fortschrittlichen AR-Brillen ist eine zeitaufwändige und teure Aufgabe. Da die meisten heutigen Brillen 3-6 Waveguides pro Einheit erfordern, sind die Kosten für die Herstellung der Geräte viel höher als die einer einzelnen Wavegrat-Einheit. Diese Ingenieure stellen einen gestutzten und einfacheren Produktionsprozess vor, der bessere Ergebnisse liefert.
Skalierbar
Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass die neue AR-Brillen-Einrichtung anpassbar ist. Diese Anordnung kann so angepasst werden, dass sie eine großflächige Fertigung unterstützt. Dieser Ansatz ermöglicht es mehr Herstellern, in den Markt einzutreten, was den Wettbewerb und die Innovation fördert.
Wann könnten diese Brillen auf den Markt kommen?
Es gibt viele Verwendungszwecke für diese Technologie. Einerseits führt die Studie nächste Generationen von AR-Displays ein, die in einer riesigen Anzahl von Branchen integriert werden können. Von Ärzten, die die Technologie verwenden, um komplexe Operationen durchzuführen, bis hin zu Militärpiloten, die an Luftverteidigungen vorbeiziehen, bis hin zum Finden der besten Angebote in Ihrem Einkaufszentrum, sind diese Systeme für fortschrittliche Anwendungen bestimmt.
AR-Schnittstellen-Zeitplan
Es wurde kein Zeitplan von den Ingenieuren genannt. Allerdings lässt die enorme Nachfrage nach besseren AR-Schnittstellen, kombiniert mit dem beeindruckenden Wachstum des Marktes, darauf schließen, dass diese Technologie in weniger als 5 Jahren auf den Markt kommen wird. Die Technologie, um diese Aufgabe zu erfüllen, ist bereits verfügbar, und Hersteller sind bereit, die Preise zu senken, während sie bessere Produkte auf den Markt bringen.
AR-Schnittstellen-Forscher
Die AR-Schnittstellen-Studie wurde von Seokil Moon, Seokwoo Kim, Joohoon Kim, Chang-Kun Lee und Junsuk Rho durchgeführt. Das Team hat in der Vergangenheit mit AR-Systemen gearbeitet, und diese neueste Aktualisierung ist das Ergebnis jahrelanger Forschung.
Bemerkenswerterweise erhielt die Studie Unterstützung von Samsung Research, POSCO Holdings N.EX.T Impact, dem Ministry of Trade, Industry and Energy’s Alchemist Project, dem Ministry of Science and ICT’s Global Convergence Research Support Program und dem Mid-Career Researcher Program.
Nächste Schritte: Partnerschaften für die Kommerzialisierung von AR
Es gibt ein großes Kommerzialisierungspotenzial, wenn man über die verbesserten AR-Schnittstellen spricht. Diese Systeme könnten so alltäglich werden wie Ihr Telefon. Als solche suchen die Ingenieure nun nach industriellen und Herstellern, um die Konzepte in die Produktion zu bringen.
Kommerzielle Spieler, die von der AR-Innovation profitieren können
Der AR-Markt ist ein wettbewerbsintensiver Sektor, der weiterhin mehr Hersteller und Designer sieht, die in den Raum eintreten. Der wachsende Markt ist eine direkte Folge der gestiegenen Nachfrage der Verbraucher nach fortschrittlichen AR-Produkten.
Wenn mehr Unternehmen auf diese Nachfrage reagieren, ist es leicht zu sehen, dass einige Unternehmen den Wettbewerb anführen. Hier ist ein Unternehmen, das eine hervorragende Marktpositionierung hat und die Fähigkeit besitzt, die neuesten AR-Studien-Ergebnisse zu integrieren, um seine Gewinne zu steigern
Advanced Micro Devices, Inc.
Advanced Micro Devices Inc. (AMD ) trat 1969 als Chip-Hersteller in den Markt ein. Dieses Silicon-Valley-Start-up wurde von Jerry Sanders gegründet, um fortgeschrittenere und schnellere Computersysteme zu unterstützen. Seit seiner Gründung ist AMD zu einem der führenden Namen in der Chip-Herstellung und im AR-Sektor gewachsen.
Heute ist AMD für seine fortschrittlichen Prozessoren bekannt, die High-Performance-Computing, Visualisierungstechnologien und verbesserte Grafiken unterstützen. Darüber hinaus setzt das Unternehmen seine Positionierung im AR-Markt kontinuierlich fort. Derzeit spielt AMD eine wichtige Rolle in der AR-Branche, indem es fortschrittliche Chips für nächste Generationen von Anwendungen liefert.
(AMD )
AMD ist einer der größten Namen im Tech-Sektor. Es hat derzeit strategische Partnerschaften mit verschiedenen Konglomeraten. Zum Beispiel werden AMD-Chips verwendet, um Sonys PlayStation 5 und Microsofts Series X|S-Spielkonsolen zu betreiben.
Diese Positionierung hat AMD geholfen, eine Marktkapitalisierung von 166,75 Milliarden Dollar und eine Bewertung von 164,17 Milliarden Dollar zu sichern. Derzeit hat die Aktie des Unternehmens ein trailing PE-Verhältnis von 75,08 und das forward PE-Verhältnis beträgt 24,28. Laut Unternehmensaufzeichnungen hat AMD einen Umsatz von 27,75 Milliarden Dollar erzielt und 2,23 Milliarden Dollar Gewinn gemacht. Diejenigen, die ein renommiertes Unternehmen suchen, das einen Fuß im aufstrebenden AR-Sektor hat, sollten weitere Recherchen über AMD durchführen.
Abschließende Gedanken: AR in den Alltag bringen
Es ist interessant zu sehen, wie Technologie, die einst wie Science-Fiction erschien, nun kurz davor steht, zu alltäglichen Gebrauchsgegenständen zu werden. AR verbessert Ihre Fähigkeiten erheblich und hilft, eine fähigere Gesellschaft zu schaffen. Um diese Ziele zu erreichen, müssen AR-Designs zunächst grundlegende menschliche Wünsche wie Komfort und Zuverlässigkeit erobern. Wenn sie diese Ziele erreichen, gibt es ein enormes Potenzial für die Technologie in Zukunft.
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Studien, die zitiert wurden:
1. Moon, S., Kim, S., Kim, J. et al. Single-layer waveguide displays using achromatic metagratings for full-colour augmented reality. Nat. Nanotechnol. (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-025-01887-3
