Mejorando la Realidad Aumentada con Lentes de Próxima Generación

Una de las mayores escuelas de diseño en línea a nivel mundial, Interaction Design Foundation, define Realidad Aumentada como ‘una experiencia donde los diseñadores mejoran partes del mundo físico de los usuarios con información generada por computadora.’ IBM, una de las empresas pioneras que siempre nos ha presentado nuevas formas de tecnología revolucionaria, ve y estudia la RA como la ‘integración en tiempo real de información digital en el entorno del usuario.’ 

Estas definiciones demuestran que la Realidad Aumentada no es menos que un salto radical, que implica percepciones altamente imaginativas de lo que la tecnología podría ofrecernos y soluciones intrincadamente construidas para convertir esas percepciones en realidad. 

Convertir la realidad aumentada en una propuesta eficaz y eficiente en la práctica requiere que muchos factores funcionen bien. La unión de los mundos digital y físico debe ser libre de fallos y fluida. Las interacciones deben ocurrir en tiempo real, y la identificación de objetos virtuales y reales en interfaces tridimensionales debe ser precisa. 

A lo largo de los años, investigadores y equipos de proyectos tecnológicos innovadores han trabajado incansablemente para perfeccionar estos factores. Nuevas investigaciones han generado mucho entusiasmo en este campo. Los científicos han creado la lente más delgada del planeta, habilitada por excitones, que podría usarse en futuros lentes de AR. En el siguiente segmento, profundizamos en esta investigación. 

Lente habilitado por excitón: el más delgado del planeta

Un grupo de investigadores de la Universidad de Ámsterdam y la Universidad de Stanford, California, han aprovechado una capa única de disulfuro de tungsteno (WS2) para desarrollar una lente plana que mide medio milímetro de ancho pero solo 0.0000006 milímetros, o 0.6 nanómetros, de grosor. Estos parámetros hacen que la lente sea la más delgada del planeta. 

Además de usar un material inmensamente inusual para fabricar lentes, la lente también es una excepción en su funcionamiento. Mientras que las lentes normales dependen de su forma curva para doblar y enfocar la luz, esta lente plana de tres átomos de grosor utiliza efectos cuánticos. 

A diferencia de las lentes habituales, estas lentes aprovechan el fenómeno de difracción en lugar de refracción. Consisten en anillos concéntricos de WS2 con espacios entre ellos para enfocar la luz mediante difracción. La distancia entre estos anillos y su tamaño determinan la distancia focal de la lente. 

Para que el enfoque sea eficiente, estas lentes dependen de los efectos cuánticos dentro del WS2. El profesor asociado de Física de la Universidad West Texas A&M, Christopher S. Baird define los efectos cuánticos como efectos que no son ‘predecidos adecuadamente por la física clásica, pero son predecidos adecuadamente por la teoría cuántica.’ La física clásica ve la ‘materia’ como algo que está compuesto por pequeñas partículas sólidas.

“Por lo tanto, cada vez que hacemos que las piezas de materia actúen como ondas, estamos demostrando un efecto cuántico.”

– Profesor Baird

La superconductividad, por ejemplo, es un efecto cuántico macroscópico. En este caso, los efectos cuánticos permiten que el material absorba y reemita luz de manera eficiente en longitudes de onda específicas. Como resultado, la lente cuenta con una capacidad incorporada que le ayuda a funcionar mejor para esas longitudes de onda. 

Si intentamos comprender mejor el papel de los efectos cuánticos, funcionan como una mejora donde el WS2 absorbe luz al enviar un electrón a un nivel de energía superior. La ausencia del electrón cargado negativamente deja un hueco cargado positivamente en la red atómica. Este hueco permanece unido al electrón mediante una fuerza electrostática atractiva que actúa entre ellos. Esta formación del electrón, el hueco en la red y la fuerza que actúa entre ellos se conoce como un ‘exciton’. En longitudes de onda específicas de luz emitidas por los excitones, estas lentes alcanzan un claro pico en su eficiencia. 

Jorik van de Groep, uno de los autores del artículo, ha explicado bien por qué estas lentes podrían ayudar a que la RA avance más. Como explica Jorik:

“La lente puede usarse en aplicaciones donde la visión a través de la lente no debe ser perturbada, pero una pequeña parte de la luz puede ser capturada para recopilar información. Esto la hace perfecta para gafas portátiles, como las de realidad aumentada.”

Los investigadores están intentando mejorar la solución y hacerla más eficiente probando recubrimientos ópticos más complejos y multifuncionales. En estas soluciones, las funciones podrían ajustarse eléctricamente. Uno de los beneficios de trabajar con excitones es que, al ser muy sensibles a la densidad de carga de un material (la medida de la acumulación de carga eléctrica en un campo particular), aplicar un voltaje ayuda a modificar el índice de refracción del material.

En conjunto, el experimento y sus resultados podrían tener un impacto revolucionario en la RA y su uso de lentes en dispositivos de RA. Desde el principio, los científicos han estado experimentando con la calidad de las lentes de RA, ya que son herramientas interactivas cruciales para que los usuarios interactúen con espacios que van más allá de la realidad. Hace un par de años, un experimento innovador similar resultó en pruebas en el terreno para la primera lente de contacto inteligente basada en RA.

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La primera lente de contacto inteligente basada en RA

En 2022, Mojo Vision, una empresa que afirma ser pionera en liderar el futuro de la tecnología Micro-LED, anunció el lanzamiento de Mojo Lens, la primera lente de contacto de Realidad Aumentada del mundo. Fue una mejora del prototipo totalmente autónomo de Mojo Lens que se lanzó originalmente en 2020. 

El prototipo incluía una pantalla MicroLED de 14 000 píxeles por pulgada con un diámetro superior a 0,5 mm y un paso de píxel de 1,8 micrómetros. En ese momento, se consideraba la pantalla más pequeña y densa del mundo para contenido dinámico. Además, contaba con un acelerómetro, giroscopio y magnetómetro configurados a medida para facilitar el seguimiento continuo del movimiento ocular. Sin embargo, la lente requería que el usuario llevara procesadores ARM alrededor del cuello, lo que permitía una transmisión inalámbrica de información a la lente y de regreso a los ordenadores que rastreaban el movimiento ocular.

Entre 2022 y 2024, Mojo Lens siguió innovando su tecnología y productos para ofrecer pantallas dinámicas que alcanzaron 28 000 píxeles por pulgada. La la tecnología central ahora implica dispositivos micro-LED azules eficientes a escala sub‑µm y tinta de puntos cuánticos de alta eficiencia, mientras el sistema de pantalla se basa en los pilares de una capa posterior CMOS optimizada, unión de obleas a oblea y ópticas de micro‑lentes personalizadas. 

Usando una micro‑lente Mojo, con un diámetro que coincide con el paso de píxel colocado sobre un emisor uLED mucho más pequeño, es posible entregar hasta 5 veces más flujo luminoso al pupilario de entrada de los guías de ondas de RA típicos en comparación con pantallas convencionales.

Mientras que la solución Mojo Lens es pionera, los grandes gigantes tecnológicos han estado invirtiendo una investigación y recursos significativos en la construcción de soluciones de visualización AR de alta gama y vanguardia.

#1. 3M

Una entidad global que ha realizado un trabajo fenomenal desarrollando soluciones ópticas avanzadas para dispositivos AR/VR es 3M. Sus soluciones ópticas respaldan cascos que ofrecen visuales inmersivas de calidad óptima que convergen sin problemas los mundos virtual y físico. 

Una de las maravillas tecnológicas en las que 3M desarrolla la mayoría de sus lentes de vanguardia es el paradigma de óptica plegada o óptica tipo pancake. En este paradigma, la tecnología pliega la trayectoria óptica, lo que resulta en imágenes nítidas con un amplio campo de visión (FOV) y un dispositivo global más delgado. 

La lente 3M HARP, que ganó el premio Society of Display Component of the Year 2022, integró un polarizador reflectante birrefringente para producir oculares compactos de FOV medio y ópticas de FOV amplio para pantallas montadas en la cabeza usando óptica plegada en la configuración de la lente.

3M utilizó la lente HARP en un casco prototipo de Pegatron para producir un módulo de lente un 50 % más delgado en comparación con un casco que usa un módulo de lente Fresnel, lo que resultó en un casco global un 40 % más delgado.

La lente redujo la distancia entre la pantalla y el ojo del usuario, lo que resultó en menos plástico y peso en general.

MTF, o función de transferencia de modulación, se mide para evaluar la capacidad de un sistema de lentes de mantener el contraste de un objeto al ser imaged. La lente 3M HARP demostró un MTF aceptable para píxeles tan pequeños como 9 micrones. 3M afirma estar trabajando en soluciones AR para una variedad de aplicaciones e industrias.

Para el año fiscal 2023, los ingresos anuales de 3M fueron $32.68 mil millones, un notable aumento respecto a su cifra de 2022 de $34.23 mil millones. 

#2. Corning

Otro actor global líder que afirma tener ‘una experiencia sin igual en ciencia del vidrio, ciencia de cerámicas y física óptica con profundas capacidades de fabricación e ingeniería’ se ha hecho un nombre en el desarrollo de soluciones basadas en vidrio de vanguardia para dispositivos de realidad aumentada/mixta (RA/RM).

Corning fue la primera empresa en ofrecer obleas de vidrio ultra planas y de alto índice de refracción para los principales fabricantes de dispositivos AR/MR. Al desarrollar sus soluciones, Corning aprovechó diseños basados en guías de ondas. 

El beneficio de los diseños basados en guías de ondas es que facilitan la construcción de dispositivos AR más elegantes y ligeros. Estas guías de ondas aprovechan vidrio ultra plano con un alto índice de refracción para optimizar la calidad de la imagen y proporcionar una gran zona ocular, lo que resulta en una experiencia de usuario mucho mejor en cuanto a la calidad inmersiva. Además de las soluciones, Corning también ofrece tecnologías de fabricación de dispositivos AR/MR a clientes interesados en la producción en gran volumen de dispositivos AR/MR. Corning ofrece instrumentos de metrología de planitud de primera clase de Corning Tropel y máquinas de corte láser de vidrio altamente precisas y automatizadas de Corning Laser Technologies.

Para el año completo 2023, Corning registró ventas GAAP de $12.6 mil millones, una caída del 11 %. 

El futuro de las soluciones ópticas listas para AR

La realidad aumentada tiene el potencial de mejorar drásticamente la forma en que percibimos la visión y el acto de ver. El mundo de las lentes de contacto inteligentes está creciendo, y empresas como Samsung, Sony y Google han invertido recursos cruciales de I+D en ello. 

La participación de Samsung en la fabricación de lentes de contacto inteligentes ha sido discutida desde 2016, cuando la compañía solicitó una patente sobre lentes de contacto inteligentes. Según informes especulativos, la patente fue presentada para una tecnología de lente de contacto inteligente que podría proyectar imágenes en los ojos del usuario. Creada por un científico en Corea del Sur, la solicitud se centró en el aspecto de la compatibilidad AR, donde la lente tenía una pequeña pantalla, cámara y antena. Podía superponer imágenes generadas por computadora sobre el mundo real. Según se informa, los sensores podían controlarse parpadeando, y el usuario podía tomar fotografías guiñando el ojo. 

El éxito de la RA, en cuanto a su mayor sensibilidad e inmersión, dependería en gran medida de las innovaciones que ocurran en el campo de sus características ópticas. 

El futuro involucraría lentes donde los usuarios puedan tener información superpuesta cómodamente en su campo de visión. El tipo de información podría ser cualquier cosa, desde detalles de navegación hasta traducciones de idiomas extranjeros o actualizaciones en tiempo real. Otro beneficio significativo de las lentes de contacto AR sería su capacidad de ofrecer una solución transformadora para personas con discapacidad visual. 

Sin embargo, ofrecer este servicio de la manera más eficiente posible requeriría que las lentes mejoren en la identificación de objetos, el reconocimiento facial y la oferta de señales auditivas. 

Las lentes de contacto AR de próxima generación surgirían como un claro ganador en el espacio que aborda la conveniencia y portabilidad de las soluciones. Harán que los cascos sean más ligeros y cómodos de usar. Otro aspecto de las lentes de próxima generación que las hará prosperar es que van más allá de la mejora de la visión e incorporan una serie de funciones de monitoreo.

Estos parámetros monitorizados, que incluyen biomarcadores, ayudarían a que la RA prospere en el campo de la salud y el diagnóstico. 

Sin embargo, los desarrolladores deben ser conscientes de algunos aspectos vitales al crear sus soluciones. Las lentes deben abordar las preocupaciones de privacidad de manera proactiva y competente. Deben garantizar que se minimicen las áreas potenciales de riesgo y el uso indebido de información vital. Sólo entonces la RA se convertirá en parte de nuestra vida cotidiana. 

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