Lichtgewicht AR-brillen brengen dagelijks gebruik dichter bij de realiteit

Een team van POSTECH-onderzoekers heeft zojuist een nieuwe methode onthuld om ultradunne, lichtgewicht Augmented Reality (AR)-brillen te creëren. De bijgewerkte aanpak kan helpen AR realistisch te maken voor dagelijks gebruik, waardoor een nieuw tijdperk van technologie in verschillende sectoren wordt ingeluid. Hier leest u hoe dit team de adoptie van AR naar nieuwe hoogten kan brengen in de komende jaren.

Wat is Augmented Reality en waarom is het belangrijk?

Augmented reality (AR) verwijst naar het combineren van de digitale en de echte wereld in een naadloze interface. Het concept bestaat sinds 1968, toen de Harvard‑computerwetenschapper Ivan Sutherland, ook wel de vader van computergraphics genoemd, zijn AR-head‑mounted display introduceerde.

Pas in 2008 verschenen de eerste commercieel beschikbare AR‑systemen. In dit geval koppelde een Duits reclamebureau de technologie aan een tijdschriftadvertentie die, wanneer voor een computercamera werd gehouden, de gebruiker in staat stelde het tijdschriftbeeld op het scherm te manipuleren.

Sinds die tijd heeft AR een enorme groei doorgemaakt in de productie-, entertainment‑ en militaire sectoren. Tegenwoordig vind je AR‑systemen overal. Van de headsets die door geavanceerde gevechtsvliegers worden gedragen tot populaire mobiele games zoals Pokémon GO, blijft AR‑technologie de manier waarop we met de wereld omgaan hervormen.

Hoe groot is de Augmented Reality‑markt in 2024?

Er is een sterke wens van fabrikanten om AR tot een alledaagse technologie te maken. Deze drang is zichtbaar in de groei van de markt. In 2024 bereikte de AR‑markt een waarde van $42,48 miljard. Volgens het nieuwste Immersive Entertainment—Global Strategic Business Report 2024 bedroeg de wereldwijde markt voor Immersive Entertainment $133,6 miljard in 2024. Indrukwekkend is dat de wereldwijde AR‑markt naar verwachting zal groeien met een samengestelde jaarlijkse groeisnelheid (CAGR) van 42,36 %. Dit groeipercentage betekent dat de markt tegen 2029 meer dan $248,38 miljard waard zal zijn.

Wat houdt alledaagse AR‑brillen tegen?

Ondanks de voorspelde groei en een gestage toename van fabrikanten, zijn er nog steeds veel problemen met de huidige AR‑systemen die moeten worden aangepakt voordat ze kunnen doorbreken. Ten eerste is de hoofdtoebehoren voor deze apparaten te omvangrijk en zwaar.

AR‑gebruikers kunnen het dagelijks gebruik niet echt ervaren omdat de apparaten gewoonweg te oncomfortabel zijn voor langdurig dragen. Stel je voor dat je smartwatch een pond zou wegen. De kans is klein dat je hem de hele dag zou dragen, of zelfs voor taken die fijne en precieze handbewegingen vereisen.

Hetzelfde scenario geldt voor AR‑systemen. Hun comfortniveau moet hun bruikbaarheid overtreffen. Mensen willen een lichtgewicht apparaat dat nauwelijks merkbaar is. De ideale vormfactor zou lijken op traditionele brillen en ongeveer even zwaar zijn.

Waarom waveguides een knelpunt vormen voor AR‑headsets

In de kern van de problemen van de AR‑markt ligt de manier waarop de technologie beelden weergeeft. De AR‑optiek maakt gebruik van waveguide‑lagen die chromatische dispersie ondersteunen en virtuele beelden naar uw oog leiden. Momenteel kunnen AR‑systemen een aparte waveguide‑laag per kleur vereisen. Hierdoor kunnen deze apparaten 3‑6 gestapelde glazen platen per oog hebben.
Bovendien hebben de apparaten multilayer‑grating couplers nodig om goed te functioneren. Helaas vereisen deze apparaten complexe fabricageprocessen die duur zijn en hooggekwalificeerde expertise vereisen, wat hun kosten verhoogt. Wanneer u deze kosten bekijkt, gecombineerd met het feit dat deze apparaten nog te zwaar zijn voor ergonomische hoofd‑mounted toepassingen, wordt duidelijk waar ingenieurs zich op moeten richten.

Kunnen metasurfaces AR‑ontwerpproblemen oplossen?

Een methode die enige interesse heeft gewekt, is het gebruik van metasurfaces. Metasurfaces zijn speciaal vervaardigde subgolflengte‑fotonic resonatoren. De resonatoren zijn zo ontworpen dat ze op bepaalde intervallen herhalen, waardoor ingenieurs onafhankelijk belangrijke aspecten kunnen aanpassen, waaronder amplitude, fase en polarisatie. Helaas heeft deze oplossing haar doelen niet bereikt vanwege factoren zoals lage efficiëntie, chromatische aberratie en slechte uniformiteit.

POSTECH’s doorbraak: achromatische metagratings voor AR

Met het besef van de behoefte aan meer geavanceerde AR‑systemen introduceerden professor Junsuk Rho en collega’s van POSTECH een productiemethode voor AR‑brillen die resultaten oplevert die even dun en licht zijn als gewone brillen op sterkte. Het rapport¹ Single-layer waveguide displays using achromatic metagratings for full-colour augmented reality, gepubliceerd in Nature Nanotechnology, gaat dieper in op hoe het team een single‑layer waveguide display kon creëren met achromatische metagratings in plaats van meerdere lenzen.

De ingenieurs combineren een single‑layer waveguide‑substraat met dispersievrije couplers om een paar AR‑brillen te creëren die alle kleuren in één glazen laag kunnen verwerken. Als onderdeel van deze aanpak moest het team zich wenden tot een techniek die achromatische metagrating wordt genoemd. Deze strategie elimineerde de noodzaak voor meerdere lagen, waardoor de productiekosten, complexiteit en tijd werden verlaagd.

Hoe de onderzoekers een single‑layer display hebben ontworpen

De ingenieurs maakten gebruik van periodieke arrays van rechthoekige nanostructuren om hun doelen te bereiken. Het speciaal gecreëerde oppervlak kan rood, groen en blauw licht in dezelfde richting diffracteren. Als onderdeel van deze aanpak integreerde het team nanoschaal silicon‑nitride (Si₃N₄) in speciaal gepositioneerde pilaren binnen de structuur. Deze pilaren stelden de ingenieurs in staat hun creatie naar behoefte fijn af te stellen.

Geavanceerde algoritmen verbeteren lichtbeheersing in AR‑brillen

Het team wendde zich tot een stochastisch topologie‑optimalisatie‑algoritme om te garanderen dat het apparaat maximale efficiëntie behaalde. Het ontwerp stelde de wetenschappers in staat het licht te sturen om een achromatische voortplantingshoek binnen het enkele waveguide‑substraat te bereiken. Deze aanpak stelde het team in staat duurzame, hoogwaardige geprojecteerde beelden te creëren.

Betere ergonomie: het 9 mm‑eyebox‑voordeel

Een van de kerncomponenten van het apparaat is de eye‑box. De ingenieurs moesten ervoor zorgen dat de ergonomie en het comfortniveau uitstekend waren. Daarom bepaalden ze dat een grotere eye‑box van 9 mm de ideale vorm en grootte was. Ze merkten op dat de grotere eye‑box een constante beeldkwaliteit bood en zijn scherpte kon behouden, zelfs wanneer de drager in verschillende richtingen keek.

Testen van het nieuwe AR‑brilprototype

Het team testte hun ontwerpen gedurende meerdere dagen. Ze slaagden erin full‑color beelden te creëren die levendige kleuren en precieze afbeeldingen boden. De onderzoekers maakten gebruik van een 500 µm dikke single‑layer waveguide als onderdeel van de tests. Deze full‑color augmented reality waveguide‑display leverde de drager een lichtgewicht, comfortabel alternatief op ten opzichte van eerdere versies.

Wat onthulden de tests? Prestaties en visueel

De testresultaten toonden aan dat de verbeterde aanpak volledig in staat was om full‑color beelden te reproduceren vanuit het ultralichte ontwerp. De propriëtaire opstelling hielp verschillende belangrijke beperkingen van traditionele augmented reality near‑eye optische ontwerpen op te lossen. Ten eerste elimineerde het verbeterde apparaat kleurvervaging. Bovendien toonde het een superieure uniformiteit en leverde het een helderder display‑beeld.

Waarom deze nieuwe AR‑interface alles kan veranderen

Verschillende voordelen maken de nieuwe AR‑interface tot een succes. Ten eerste vermindert het de vormfactor en het gewicht van het apparaat, waardoor een persoon de AR‑head‑unit comfortabel gedurende een langere periode kan dragen. Dit ultradunne en lichte ontwerp werd mogelijk gemaakt omdat de waveguide slechts één honderdste van de diameter van een mensenhaar meet. Hieronder staan nog enkele cruciale voordelen die niet over het hoofd mogen worden gezien.

Kwaliteitsvolle beelden

Het nieuwe AR‑systeem levert betere kwaliteit beelden. Het verminderen van golflengte‑lagen heeft bijgedragen aan een verbeterde helderheid en kwaliteit. Deze systemen mogen de graphics niet opofferen om de ergonomie te verbeteren. Opmerkelijk is dat dit ontwerp alle aspecten verbetert terwijl het totale gewicht wordt verminderd.

Productiekosten

Het vervaardigen van geavanceerde AR‑brillen is een tijdrovende en dure taak. Aangezien de meeste huidige brillen 3‑6 waveguides per eenheid vereisen, zijn de kosten voor het maken van de apparaten veel hoger dan die van een enkele wave‑grating eenheid. Deze ingenieurs introduceren een gestroomlijnd en eenvoudiger productieproces dat betere resultaten oplevert.

Schaalbaar

Een ander belangrijk voordeel is dat de nieuwe AR‑brilopstelling aanpasbaar is. Deze opstelling kan worden aangepast om grootschalige fabricage te ondersteunen. Deze aanpak zal meer fabrikanten in staat stellen de markt te betreden, waardoor concurrentie en innovatie worden gestimuleerd.

Wanneer zouden deze brillen op de markt kunnen komen?

Er zijn tal van toepassingen voor deze technologie. Ten eerste introduceert de studie next‑generation AR‑displays die in een breed scala van sectoren kunnen worden geïntegreerd. Van artsen die de technologie gebruiken voor complexe operaties, tot militaire piloten die langs luchtverdedigingen vliegen, en tot het vinden van de beste aanbiedingen in uw winkelcentrum, deze systemen zijn bestemd voor geavanceerde toepassingen.

AR‑interfaces tijdlijn

De ingenieurs hebben geen tijdlijn genoemd. Echter, de enorme vraag naar betere AR‑interfaces, gecombineerd met de indrukwekkende groeisnelheid van de industrie, maakt het veilig om aan te nemen dat deze technologie binnen minder dan 5 jaar op de markt zal verschijnen. De technologie om de taak te volbrengen is al beschikbaar, en fabrikanten staan te popelen om de prijzen te verlagen terwijl ze betere producten aan de markt leveren.

AR‑interfaces onderzoekers

De AR‑interfaces studie werd gepresenteerd door Seokil Moon, Seokwoo Kim, Joohoon Kim, Chang‑Kun Lee en Junsuk Rho. Het team heeft in het verleden met AR‑systemen gewerkt, en deze nieuwste upgrade is het resultaat van jaren onderzoek.
Opmerkelijk is dat de studie steun kreeg van Samsung Research, POSCO (PKX ) Holdings N.EX.T Impact, het Alchemist‑project van het Ministerie van Handel, Industrie en Energie, het Global Convergence Research Support Program van het Ministerie van Wetenschap en ICT, en het Mid‑Career Researcher Program.

Volgende stappen: partnerschap voor AR‑commercialisatie

Er is veel commercialiseringspotentieel bij de besproken verbeterde AR‑interfaces. Deze systemen zouden op een dag net zo alledaags kunnen worden als uw mobiele telefoon. Daarom zoeken de ingenieurs nu industriële en productiepartners om het concept in productie te brengen.

Commerciële spelers die gepositioneerd zijn om te profiteren van AR‑innovatie

De AR‑markt is een concurrerende sector die steeds meer fabrikanten en ontwerpers aantrekt. De groeiende markt is een direct gevolg van de toenemende vraag van consumenten naar geavanceerde AR‑producten.
Naarmate meer bedrijven op deze vraag reageren, is het duidelijk dat sommige bedrijven de race blijven leiden. Hier is één bedrijf dat een uitstekende marktpositie heeft en in staat is de nieuwste AR‑studie‑bevindingen te integreren om de winst te verhogen.

Advanced Micro Devices, Inc. 

Advanced Micro Devices Inc. (AMD ) betrad de markt in 1969 als chipproducent. Deze Silicon‑Valley‑startup werd opgericht door Jerry Sanders om meer geavanceerde en snellere computersystemen te ondersteunen. Sinds de lancering is AMD uitgegroeid tot een van de toonaangevende namen in chipfabricage en de AR‑sector.
Today, AMD is known for its advanced processors that support high-performance computing, visualization technologies, and improved graphics. Additionally, the company continues to expand its positioning within the AR market. Currently, it plays a significant role in the AR industry, providing advanced chips to support next-generation applications.

AMD is een van de grootste namen in de technologiesector. Het heeft momenteel strategische partnerschappen met diverse conglomeraten. Bijvoorbeeld, AMD‑chips zijn wat de PlayStation 5 van Sony en de Series X|S gameconsoles van Microsoft (MSFT ) aandrijft.
Deze positie heeft AMD geholpen een marktkapitalisatie van $166,75 miljard te behalen naast een waardering van $164,17 miljard. Momenteel heeft het aandeel een trailing‑PE‑ratio van 75,08 en een forward‑PE‑ratio van 24,28. Volgens bedrijfsgegevens heeft AMD dit jaar een omzet van $27,75 miljard behaald en $2,23 miljard winst gemaakt. Wie op zoek is naar een gerenommeerd bedrijf met een voet aan de grond in de opkomende AR‑sector, zou meer onderzoek naar AMD moeten doen.

Slotgedachten: AR in het dagelijks leven brengen

Het is interessant om te zien hoe technologie die ooit als science‑fiction leek, nu op het punt staat alledaagse gebruiksvoorwerpen te worden. AR verbetert uw mogelijkheden aanzienlijk en helpt een meer capabele samenleving te creëren. Om deze doelen te bereiken, moeten AR‑ontwerpen eerst basisbehoeften van de mens, zoals comfort en betrouwbaarheid, overwinnen. Als ze deze doelen kunnen behalen, is er een eindeloos potentieel voor de technologie in de toekomst.

Leer nu over andere coole AR‑ en VR‑projecten.

Gerefereerde studies:

^{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}