Βελτιώνοντας την Επαυξημένη Πραγματικότητα με Φακοί Επόμενης Γενιάς

Μία από τις μεγαλύτερες διαδικτυακές σχολές σχεδίου παγκοσμίως, Interaction Design Foundation, ορίζει Επαυξημένη πραγματικότητα ως «μια εμπειρία όπου οι σχεδιαστές ενισχύουν τμήματα του φυσικού κόσμου των χρηστών με υπολογιστικά παραγόμενες εισροές». IBM, μία από τις πρωτοπόρες εταιρείες που πάντα μας παρουσίαζε νέες μορφές τεχνολογίας που αλλάζει τα δεδομένα, βλέπει και μελετά την AR ως την «ενσωμάτωση σε πραγματικό χρόνο ψηφιακών πληροφοριών στο περιβάλλον του χρήστη». 

Αυτοί οι ορισμοί αποδεικνύουν ότι η Επαυξημένη Πραγματικότητα δεν είναι τίποτα λιγότερο από μια ριζική άλμα, που περιλαμβάνει εξαιρετικά φανταστικές αντιλήψεις για το τι μπορεί να μας προσφέρει η τεχνολογία και περίπλοκα κατασκευασμένες λύσεις για να μετατρέψουν αυτές τις αντιλήψεις σε πραγματικότητα. 

Η υλοποίηση της επαυξημένης πραγματικότητας ως αποτελεσματική και αποδοτική πρόταση απαιτεί την καλή λειτουργία πολλών παραγόντων. Η συνένωση των ψηφιακών και φυσικών κόσμων πρέπει να είναι χωρίς σφάλματα και αδιάσπαστη. Οι αλληλεπιδράσεις πρέπει να συμβαίνουν σε πραγματικό χρόνο, και η αναγνώριση των εικονικών και πραγματικών αντικειμένων σε τρισδιάστατες διεπαφές πρέπει να είναι ακριβής. 

Κατά τη διάρκεια των ετών, ερευνητές και καινοτόμες ομάδες τεχνολογικών έργων εργάζονται ακούραστα για την τελειοποίηση αυτών των παραγόντων. Νέα έρευνα έχει δημιουργήσει μεγάλο ενθουσιασμό σε αυτόν τον χώρο. Επιστήμονες έχουν δημιουργήσει το πιο λεπτό φακό στον πλανήτη, ενεργοποιημένο από εξιτόνια, που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε μελλοντικά γυαλιά AR. Στο επόμενο τμήμα, εμβαθύνουμε περαιτέρω σε αυτή την έρευνα. 

Exciton-Enabled Lens: The Thinnest on the Earth

Μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ και το Πανεπιστήμιο Στάνφορντ της Καλιφόρνια, χρησιμοποίησαν ένα ενιαίο στρώμα πυριτίου ταντάλου (WS2) για να αναπτύξουν έναν επίπεδο φακό που έχει πλάτος μισό χιλιοστόμετρο αλλά πάχος μόλις 0.0000006 χιλιοστά, ή 0,6 νανόμετρα. Αυτές οι παράμετροι καθιστούν τον φακό τον πιο λεπτό στη Γη. 

Εκτός από τη χρήση ενός εξαιρετικά ασυνήθιστου υλικού για την κατασκευή φακών, ο φακός είναι επίσης μια εξαίρεση ως προς τη λειτουργία του. Ενώ οι κανονικοί φακοί βασίζονται στο κυρτό σχήμα τους για να λυγίζουν και να εστιάζουν το φως, αυτός ο επίπεδος φακός τριών ατόμων πάχους αξιοποιεί τα κβαντικά φαινόμενα. 

Σε αντίθεση με τους συνηθισμένους φακούς, αυτοί οι φακοί αξιοποιούν το φαινόμενο της διάθλασης (diffraction) αντί της διάθλασης (refraction). Αποτελούνται από συγκεντρικούς δακτυλίους WS2 με κενά μεταξύ τους για να εστιάζουν το φως μέσω διάθλασης. Η απόσταση μεταξύ των δακτυλίων και το μέγεθός τους καθορίζουν το εστιακό μήκος του φακού. 

Για να είναι η εστίαση αποδοτική, αυτοί οι φακοί εξαρτώνται από τα κβαντικά φαινόμενα μέσα στο WS2. Ο αναπληρωτής καθηγητής φυσικής του West Texas A&M University, Christopher S. Baird, ορίζει τα κβαντικά φαινόμενα ως φαινόμενα που δεν «προβλέπονται σωστά από τη κλασική φυσική, αλλά προβλέπονται σωστά από την κβαντική θεωρία». Η κλασική φυσική βλέπει την «ύλη» ως κάτι που αποτελείται από μικρά, στερεά σωματίδια.

«Επομένως, κάθε φορά που κάνουμε τα κομμάτια της ύλης να συμπεριφέρονται σαν κύματα, επιδεικνύουμε ένα κβαντικό φαινόμενο».

– Καθηγητής Baird

Η υπεραγωγιμότητα, για παράδειγμα, είναι ένα μακροσκοπικό κβαντικό φαινόμενο. Σε αυτή την περίπτωση, τα κβαντικά φαινόμενα λειτουργούν ώστε να επιτρέπουν στο υλικό να απορροφά και να επαναεκπέμπει αποτελεσματικά το φως σε συγκεκριμένα μήκη κύματος. Συνεπώς, ο φακός διαθέτει ενσωματωμένη ικανότητα που τον βοηθά να λειτουργεί καλύτερα για αυτά τα μήκη κύματος. 

Αν προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε καλύτερα το ρόλο των κβαντικών φαινομένων, λειτουργεί ως ενίσχυση όπου το WS2 απορροφά φως στέλνοντας ένα ηλεκτρόνιο σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο. Η απουσία του αρνητικά φορτισμένου ηλεκτρονίου αφήνει πίσω ένα θετικά φορτισμένο κενό στην ατομική πλέξη. Αυτό το κενό παραμένει συνδεδεμένο με το ηλεκτρόνιο μέσω μιας ελκτικής ηλεκτροστατικής δύναμης που λειτουργεί μεταξύ τους. Αυτή η δημιουργία του ηλεκτρονίου, του κενού στην πλέξη και της δύναμης που λειτουργεί μεταξύ τους είναι γνωστή ως «εξιτόνιο». Σε συγκεκριμένα μήκη κύματος του φωτός που εκπέμπουν τα εξιτόνια, αυτοί οι φακοί επιτυγχάνουν μια σαφή κορυφή στην αποδοτικότητά τους. 

Ο Jorik van de Groep, ένας από τους συγγραφείς του άρθρου, εξήγησε καλά γιατί αυτοί οι φακοί θα μπορούσαν να βοηθήσουν την AR να προχωρήσει περαιτέρω. Όπως εξηγεί ο Jorik:

«Ο φακός μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές όπου η όραση μέσω του φακού δεν πρέπει να διαταράσσεται, αλλά ένα μικρό μέρος του φωτός μπορεί να εκμεταλλευτεί για τη συλλογή πληροφοριών. Αυτό τον καθιστά ιδανικό για φορητά γυαλιά, όπως για επαυξημένη πραγματικότητα». 

Οι ερευνητές προσπαθούν να βελτιώσουν τη λύση και να την κάνουν πιο αποδοτική δοκιμάζοντας πιο σύνθετες και πολυλειτουργικές οπτικές επιστρώσεις. Σε αυτές τις λύσεις, οι λειτουργίες θα μπορούσαν να ρυθμιστούν ηλεκτρικά. Ένα από τα οφέλη της εργασίας με εξιτόνια είναι ότι, καθώς είναι πολύ ευαίσθητα στην πυκνότητα φορτίου ενός υλικού (το μέτρο της συσσώρευσης ηλεκτρικού φορτίου σε ένα συγκεκριμένο πεδίο), η εφαρμογή τάσης βοηθά στην αλλαγή του δείκτη διάθλασης του υλικού.

Συνολικά, το πείραμα και τα αποτελέσματά του θα μπορούσαν να έχουν μια μετασχηματιστική επίδραση στην AR και στη χρήση φακών σε συσκευές AR. Από την αρχή, οι επιστήμονες πειραματίζονται με την ποιότητα των φακών AR, καθώς αποτελούν κρίσιμα διαδραστικά εργαλεία για τους χρήστες να αλληλεπιδρούν με χώρους που ξεπερνούν την πραγματικότητα. Πριν λίγα χρόνια, ένα παρόμοιο πρωτοποριακό πείραμα οδήγησε σε δοκιμές επί τόπου για τον πρώτο AR-βασισμένο έξυπνο φακό επαφής.

Κάντε κλικ εδώ για μια λίστα με τις τολμηρές εταιρείες που επαναπροσδιορίζουν το όριο AR/VR.

The First Ever AR-Based Smart Contact Lens

Το 2022, η Mojo Vision, μια εταιρεία που ισχυρίζεται ότι είναι πρωτοπόρος στην ηγεσία του μέλλοντος της τεχνολογίας Micro-LED, ανακοίνωσε την κυκλοφορία του Mojo Lens, του πρώτου στον κόσμο φακού επαφής Επαυξημένης Πραγματικότητας. Ήταν μια αναβάθμιση του πλήρως αυτόνομου πρωτοτύπου Mojo Lens της εταιρείας, το οποίο κυκλοφόρησε αρχικά το 2020. 

Το πρωτότυπο είχε μια οθόνη MicroLED με 14.000 pixel ανά ίντσα, με διάμετρο > 0,5 mm και διαγώνιο pixel 1,8 μικρόμετρα. Εκείνη τη στιγμή, θεωρούνταν η μικρότερη και πιο πυκνή οθόνη παγκοσμίως για δυναμικό περιεχόμενο. Επιπλέον, διέθετε προσαρμοσμένο επιταχυνσιόμετρο, γυροσκόπιο και μαγνητόμετρο για τη διευκόλυνση της συνεχούς παρακολούθησης κίνησης των ματιών. Ωστόσο, ο φακός απαιτούσε από τον χρήστη να φορά επεξεργαστές ARM γύρω από το λαιμό, που θα μπορούσαν να επιτρέψουν ασύρματη μετάδοση πληροφοριών στον φακό και πίσω σε υπολογιστές που παρακολουθούσαν την κίνηση των ματιών.

Από το 2022 έως το 2024, το Mojo Lens συνέχισε να καινοτομεί την τεχνολογία και τα προϊόντα του για να προσφέρει δυναμικές οθόνες που έφτασαν τα 28.000 pixel ανά ίντσα. Η η κύρια τεχνολογία τώρα περιλαμβάνει αποδοτικές μπλε μικρο-LED συσκευές σε κλίμακα υπο-µm και μελάνι κβαντικών κουκκίδων υψηλής απόδοσης, ενώ το σύστημα οθόνης βασίζεται στους πυλώνες ενός βελτιστοποιημένου CMOS backplane, σύνδεσης wafer-to-wafer και προσαρμοστικών μικρο-φακών οπτικών. 

Χρησιμοποιώντας ένα μικρο-φακό Mojo, με διάμετρο που ταιριάζει με το pixel pitch τοποθετημένο πάνω σε έναν πολύ μικρότερο εκπομπό uLED, είναι δυνατόν να παραχθεί έως και 5 φορές περισσότερη φωτεινή ροή στο εισαγωγικό βλέφαρο τυπικών κυματοδηγών AR σε σύγκριση με τις συμβατικές οθόνες.

Ενώ η λύση Mojo Lens είναι πρωτοπόρος, μεγάλες τεχνολογικές γιγαντίδες επενδύουν σημαντική έρευνα και πόρους στην κατασκευή υψηλής τεχνολογίας, πρωτοποριακών λύσεων προβολής AR.

#1. 3M

Μία παγκόσμια οντότητα που έχει κάνει φαινομενική δουλειά στην ανάπτυξη προηγμένων οπτικών λύσεων για συσκευές AR/VR είναι η 3M. Οι οπτικές λύσεις της υποστηρίζουν κράνη που προσφέρουν εμβληματικές οπτικές εικόνες άριστης ποιότητας, ενσωματώνοντας αβίαστα τα εικονικά και τα φυσικά σύμπαντα. 

Ένα από τα τεχνολογικά θαύματα στα οποία η 3M αναπτύσσει τους περισσότερους πρωτοποριακούς φακούς της είναι το παράδειγμα των διπλών οπτικών ή pancake optics. Σε αυτό το παράδειγμα, η τεχνολογία διπλώνει το οπτικό μονοπάτι, με αποτέλεσμα καθαρή εικόνα με ευρύ πεδίο θέασης (FOV) και πιο λεπτή συνολική συσκευή. 

Ο φακός 3M HARP, ο οποίος κέρδισε το βραβείο 2022 Society of Display Component of the Year, ενσωμάτωσε έναν διπλοδιάθλαστικό αντανακλαστικό πολωτήρα για την παραγωγή συμπαγών, μεσαίου FOV φακών και ευρέος FOV οπτικών για οθόνες κεφαλής-προσαρμοσμένες, χρησιμοποιώντας διπλές οπτικές στην διαμόρφωση του φακού. 

Η 3M χρησιμοποίησε τον φακό HARP σε ένα πρωτότυπο κράνος Pegatron για να παράγει μονάδα φακού 50% πιο λεπτή σε σύγκριση με ένα κράνος που χρησιμοποιεί μονάδα φακού Fresnel, με αποτέλεσμα ένα κράνος 40% πιο λεπτό συνολικά. 

Ο φακός εξασφάλισε μικρότερη απόσταση μεταξύ της οθόνης και του ματιού του χρήστη, με αποτέλεσμα λιγότερο πλαστικό και βάρος συνολικά. 

Το MTF, ή συνάρτηση μεταφοράς διαμόρφωσης, μετράται για να εκτιμηθεί η ικανότητα ενός συστήματος φακών να διατηρεί την αντίθεση ενός αντικειμένου καθώς απεικονίζεται. Ο φακός 3M HARP έδειξε αποδεκτό MTF για pixel μικρού μεγέθους έως 9 μικρόμετρα. Η 3M ισχυρίζεται ότι εργάζεται σε λύσεις AR για μια ποικιλία εφαρμογών και βιομηχανιών.

Για το οικονομικό έτος 2023, τα ετήσια έσοδα της 3M ήταν 32,68 δισεκατομμύρια δολάρια, μια αξιοσημείωτη αύξηση σε σχέση με το 2022, όταν ήταν 34,23 δισεκατομμύρια δολάρια. 

#2. Corning

Ένας άλλος κορυφαίος παγκόσμιος παίκτης που ισχυρίζεται ότι διαθέτει «ασύγκριτη εξειδίκευση στην επιστήμη του γυαλιού, την κεραμική επιστήμη και την οπτική φυσική με βαθιές δυνατότητες κατασκευής και μηχανικής», έχει δημιουργήσει φήμη στον τομέα της ανάπτυξης πρωτοποριακών λύσεων βασισμένων σε γυαλί για συσκευές επαυξημένης/μικτής (AR/MR) πραγματικότητας.

Η Corning ήταν η πρώτη εταιρεία που προσέφερε φύλλα γυαλιού εξαιρετικά επίπεδα, με υψηλό δείκτη διάθλασης, για κορυφαίους κατασκευαστές συσκευών AR/MR. Κατά την ανάπτυξη των λύσεων της, η Corning αξιοποίησε σχεδιασμούς βασισμένους σε κυματοδίκτυα. 

Το πλεονέκτημα των σχεδιασμών βασισμένων σε κυματοδίκτυα είναι ότι διευκολύνουν την κατασκευή συσκευών AR που είναι πιο κομψές και ελαφρύτερες. Αυτά τα κυματοδίκτυα αξιοποιούν εξαιρετικά επίπεδο γυαλί με υψηλό δείκτη διάθλασης για τη βελτιστοποίηση της ποιότητας της εικόνας και την παροχή ενός μεγάλου eye box, με αποτέλεσμα μια πολύ βελτιωμένη εμπειρία χρήστη όσον αφορά την εμβληματική ποιότητα. Εκτός από τις λύσεις, η Corning προσφέρει επίσης τεχνολογίες κατασκευής συσκευών AR/MR σε πελάτες που ενδιαφέρονται για μαζική παραγωγή συσκευών AR/MR. Η Corning προσφέρει κορυφαία όργανα μετρήσεων επίπεδας από την Corning Tropel και εξαιρετικά ακριβείς, αυτοματοποιημένες μηχανές κοπής γυαλιού με λέιζερ από την Corning Laser Technologies.

Για το πλήρες έτος 2023, η Corning κατέγραψε πωλήσεις GAAP 12,6 δισεκατομμυρίων δολαρίων, μειωμένες κατά 11%. 

The Future of AR-Ready Optical Solutions

Η επαυξημένη πραγματικότητα έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει δραστικά τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε την όραση και την θέαση. Ο κόσμος των έξυπνων φακών επαφής αναπτύσσεται, και εταιρείες όπως η Samsung, η Sony και η Google έχουν επενδύσει κρίσιμους πόρους Έρευνας & Ανάπτυξης σε αυτόν. 

Η συμμετοχή της Samsung στην κατασκευή έξυπνων φακών επαφής έχει συζητηθεί από το 2016, όταν η εταιρεία υπέβαλε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας σχετικά με έξυπνους φακούς επαφής. Σύμφωνα με εικαστικές αναφορές, το δίπλωμα υποβλήθηκε για μια τεχνολογία έξυπνου φακού επαφής που θα μπορούσε να προβάλλει εικόνες στα μάτια του χρήστη. Δημιουργημένο από έναν επιστήμονα στη Νότια Κορέα, η αίτηση εστιάστηκε γύρω από την πτυχή της συμβατότητας με AR, όπου ο φακός είχε μια μικροσκοπική οθόνη, κάμερα και κεραία. Θα μπορούσε να επικάλυπτε υπολογιστικά παραγόμενες εικόνες πάνω στον πραγματικό κόσμο. Σύμφωνα με τις αναφορές, οι αισθητήρες θα μπορούσαν να ελέγχονται με το κλείσιμο των ματιών, και ο χρήστης θα μπορούσε να τραβήξει φωτογραφίες με ένα κλείσιμο του βλεφάρου. 

Η επιτυχία της AR, σε όρους της αυξημένης ευαισθησίας και εμβληματικότητας, θα εξαρτηθεί σε μεγάλο βαθμό από τις καινοτομίες που συμβαίνουν στον τομέα των οπτικών χαρακτηριστικών της. 

Το μέλλον θα περιλαμβάνει φακούς όπου οι χρήστες μπορούν άνετα να έχουν πληροφορίες επικάλυψη πάνω στο πεδίο όρασής τους. Ο τύπος των πληροφοριών θα μπορούσε να είναι οτιδήποτε, από λεπτομέρειες πλοήγησης μέχρι μεταφρασμένες ξένες γλώσσες ή ενημερώσεις σε πραγματικό χρόνο. Ένα ακόμη σημαντικό όφελος των φακών επαφής AR θα ήταν η δυνατότητά τους να προσφέρουν μια μετασχηματιστική λύση για άτομα με προβλήματα όρασης. 

Ωστόσο, η προσφορά αυτής της υπηρεσίας με τον πιο αποδοτικό τρόπο θα απαιτούσε από τους φακούς να βελτιώσουν περαιτέρω την αναγνώριση αντικειμένων, την αναγνώριση προσώπων και την παροχή ηχητικών ενδείξεων. 

Οι επόμενης γενιάς φακοί επαφής AR θα αναδειχθούν ως σαφής νικητής στον χώρο που ασχολείται με την ευκολία και φορητότητα των λύσεων. Θα κάνουν τα κράνη πιο ελαφριά και πιο άνετα στη χρήση. Ένα ακόμη χαρακτηριστικό των φακών επόμενης γενιάς που θα τους κάνει να ευδοκιμήσουν είναι ότι υπερβαίνουν τη βελτίωση της όρασης και ενσωματώνουν μια σειρά από λειτουργίες παρακολούθησης.

Αυτές οι παρακολουθούμενες παράμετροι, που περιλαμβάνουν βιοδείκτες, θα βοηθήσουν την AR να ευδοκιμήσει στον τομέα της υγείας και της διάγνωσης. 

Ωστόσο, οι προγραμματιστές πρέπει να είναι προσεκτικοί σχετικά με ορισμένες κρίσιμες πτυχές κατά την ανάπτυξη των λύσεων τους. Οι φακοί πρέπει να αντιμετωπίζουν τις ανησυχίες για την ιδιωτικότητα με προληπτικό και ικανό τρόπο. Πρέπει να διασφαλίζουν ότι οι πιθανές περιοχές κινδύνου και κακής χρήσης κρίσιμων πληροφοριών ελαχιστοποιούνται. Μόνο τότε η AR θα γίνει μέρος της καθημερινής μας ζωής. 

Κάντε κλικ εδώ για μια λίστα με τις κορυφαίες μετοχές AR & VR που αξίζει να εξετάσετε.