Forbedring av utvidet virkelighet med neste generasjons linser

En av de største nettbaserte designskolene globalt, Interaction Design Foundation, definerer Augmented reality som ‘en opplevelse hvor designere forbedrer deler av brukernes fysiske verden med datagenerert input.’ IBM, et av de banebrytende selskapene som alltid har introdusert oss for nye former for banebrytende teknologi, ser og studerer AR som den ‘sanntidsintegrasjonen av digital informasjon i en brukers miljø.’ 

Disse definisjonene viser at Augmented Reality er intet mindre enn et radikalt sprang, som involverer svært fantasifulle oppfatninger av hva teknologi kan tilby oss og intrikat bygde løsninger for å gjøre disse oppfatningene til virkelighet. 

Å gjøre augmented reality til et effektivt og effektivt forslag i praksis krever at mange faktorer fungerer godt. Sammenkoblingen av den digitale og fysiske verden må være feilfri og sømløs. Interaksjonene må skje i sanntid, og identifiseringen av virtuelle og ekte objekter i tredimensjonale grensesnitt må være nøyaktig. 

Gjennom årene har forskere og innovative teknologiprosjektteam utrettelig arbeidet med å perfeksjonere disse faktorene. Ny forskning har skapt mye spenning i dette området. Forskere har laget den tynneste linsen på planeten, muliggjort av eksitoner, som kan brukes i fremtidige AR-briller. I det følgende segmentet går vi dypere inn i denne forskningen. 

Exciton-aktivert linse: Den tynneste på jorden

En gruppe forskere fra University of Amsterdam og Stanford University, California, har utnyttet et enkelt lag av tungsten disulfide (WS2) for å utvikle en flat linse som er en halv millimeter bred, men kun 0.0000006 millimeter, eller 0.6 nanometer, tykk. Disse parametrene gjør linsen til den tynneste på jorden. 

Bortsett fra å bruke et usedvanlig materiale for å bygge linser, er linsen også en unntak når det gjelder hvordan den fungerer. Mens vanlige linser er avhengige av sin buede form for å bøye og fokusere lys, bruker denne tre-atom-tykke flate linsen kvanteeffekter. 

I motsetning til vanlige linser utnytter disse linsene diffraksjonsfenomenet i stedet for refraksjon. De består av konsentriske ringer av WS2 med mellomrom imellom for å fokusere lyset gjennom diffraksjon. Avstanden mellom disse ringene og deres størrelse bestemmer linsens brennvidde. 

For å gjøre fokusering effektiv, er disse linsene avhengige av kvanteeffektene i WS2. West Texas A&M University førsteamanuensis i fysikk Christopher S. Baird definerer kvanteeffekter som effekter som ikke er ‘korrekt forutsagt av klassisk fysikk, men er korrekt forutsagt av kvanteteori.’ Klassisk fysikk ser ‘materie’ som noe som består av små, solide partikler.

“Derfor, hver gang vi får materiebitene til å oppføre seg som bølger, demonstrerer vi en kvanteeffekt.”

– Professor Baird

Superledning, for eksempel, er en makroskopisk kvanteeffekt. I dette tilfellet arbeider kvanteeffektene for å tillate materialet å effektivt absorbere og re-emitere lys ved spesifikke bølgelengder. Som et resultat har linsen en innebygd evne som hjelper den å fungere bedre for disse bølgelengdene. 

Hvis vi prøver å forstå rollen til kvanteeffekter bedre, fungerer det som en forbedring hvor WS2 absorberer lys ved å sende et elektron til et høyere energinivå. Fraværet av det negativt ladede elektronet etterlater et positivt ladet hull i den atomære gitteret. Dette hullet forblir sammenkoblet med elektronet gjennom en attraktiv elektrostatisk kraft som virker mellom dem. Denne dannelsen av elektronet, hullet i gitteret, og kraften som virker mellom dem er kjent som en ‘exciton’. Ved spesifikke bølgelengder av lys som sendes ut av excitonene, oppnår disse linsene et tydelig topp i effektiviteten. 

Jorik van de Groep, en av artikkelens forfattere, har forklart godt hvorfor disse linsene kan hjelpe AR med å gjøre ytterligere fremskritt. Som Jorik forklarer:

“Linsen kan brukes i applikasjoner hvor utsikten gjennom linsen ikke skal forstyrres, men en liten del av lyset kan tas opp for å samle informasjon. Dette gjør den perfekt for bærbare briller, som for utvidet virkelighet.”

Forskerne prøver å oppgradere løsningen og gjøre den mer effektiv ved å teste mer komplekse og multifunksjonelle optiske belegg. I disse løsningene kan funksjonene justeres elektrisk. En av fordelene med å arbeide med excitoner er at, siden de er svært følsomme for et materiales ladningstetthet (målet for opphopning av elektrisk ladning i et gitt felt), vil påføring av spenning bidra til å endre materialets brytningsindeks.

Alt i alt kan eksperimentet og dets resultater ha en banebrytende innvirkning på AR og bruken av linser i AR-enheter. Fra begynnelsen har forskere eksperimentert med kvaliteten på AR-linser, da de er avgjørende interaktive verktøy for brukere til å samhandle med rom som går utover virkeligheten. For et par år siden resulterte et lignende banebrytende eksperiment i felttesting av den første AR-baserte smarte kontaktlinsen.

Klikk her for en liste over banebrytende selskaper som redefinerer AR/VR-fronten.

Den første AR-baserte smarte kontaktlinsen

I 2022 kunngjorde Mojo Vision, et selskap som hevder å være en pioner i å lede fremtiden for Micro-LED-teknologi, lanseringen av Mojo Lens, verdens første Augmented Reality-kontaktlinse. Det var en oppgradering av selskapets fullt selvstendige Mojo Lens-prototype som opprinnelig ble lansert i 2020. 

Prototypen hadde en MicroLED-skjerm med 14 000 piksler per tomme, målt > 0.5 mm i diameter med en pikselavstand på 1.8 mikron. På den tiden ble den regnet som verdens minste, tetteste skjerm for dynamisk innhold. I tillegg hadde den en tilpasset akselerometer, gyroskop og magnetometer for å muliggjøre kontinuerlig sporing av øyebevegelser. Imidlertid krevde linsen at brukeren bar ARM-prosessorer rundt halsen, noe som kunne tillate trådløs overføring av informasjon til linsen og tilbake til datamaskiner som sporet øyebevegelser.

Mellom 2022 og 2024 fortsatte Mojo Lens å innovere sin teknologi og produkter for å tilby dynamiske skjermer som nådde 28 000 piksler per tomme. kjerne-teknologien involverer nå effektive blå micro-LED-enheter på sub-µm-skala og høy-effektiv kvantepunktblekk, mens skjermsystemet hviler på pilarene av en optimalisert CMOS-bakplan, wafer-til-wafer-binding, og tilpasset mikrolinse-optikk. 

Ved å bruke en Mojo mikrolinse, med en diameter som matcher pikselavstanden plassert på toppen av en mye mindre uLED-emitter, er det mulig å levere opptil 5 ganger mer lysstrøm inn i inngangspupillen til typiske AR-bølgeledere sammenlignet med konvensjonelle skjermer.

Mens Mojo Lens-løsningen er en trendsetter, har store teknologigiganter investert betydelig forskning og ressurser i å bygge avanserte, banebrytende AR-visningsløsninger.

#1. 3M

En global aktør som har gjort fenomenalt arbeid med å utvikle avanserte optiske løsninger for AR/VR-enheter er 3M. Dens optiske løsninger støtter headset som tilbyr oppslukende visuelle bilder av optimal kvalitet som sømløst forener virtuelle og fysiske verdener. 

En av de teknologiske underverkene som 3M utvikler de fleste av sine banebrytende linser på, er paradigmet med foldet optikk eller pannekakeoptikk. I dette paradigmet folder teknologien den optiske banen, noe som resulterer i skarpe bilder med et bredt synsfelt (FOV) og en tynnere samlet enhet. 

3M HARP-linsen, som vant 2022 Society of Display Component of the Year, integrerte en birefringent reflekterende polariserer for å produsere kompakte, midt-FOV-øyepunkter og bred-FOV-optikk for hodesmonterte skjermer ved bruk av foldet optikk i linskonfigurasjonen. 

3M brukte HARP-linsen i et Pegatron prototype-headset for å produsere en 50 % tynnere linsmodul sammenlignet med et headset som bruker en Fresnel-linsmodul, noe som resulterte i et 40 % tynnere samlet headset. 

Linsen sikret mindre avstand mellom skjermen og brukerens øye, noe som resulterte i mindre plast og vekt totalt. 

MTF, eller moduleringsoverføringsfunksjon, måles for å vurdere evnen til et linsesystem til å opprettholde kontrasten til et objekt når det avbildes. 3M HARP-linsen viste akseptabel MTF for piksler så små som 9 mikroner. 3M hevder å jobbe med AR-løsninger for en rekke applikasjoner og industrier.

For regnskapsåret 2023, var 3M sin årlige inntekt $32.68 milliarder, en merkbar økning fra 2022-tallet på $34.23 milliarder. 

#2. Corning

En annen ledende global aktør som hevder å ha ‘enestående ekspertise innen glassvitenskap, keramikkvitenskap og optisk fysikk med dype produksjons- og ingeniørkapasiteter’ har gjort seg bemerket i utviklingen av banebrytende glassbaserte løsninger for augmented/mixed (AR/MR) reality-enheter.

Corning var det første selskapet som tilbød ultraflatt, høyt refraktivt indeks glassplater for ledende AR/MR-enhetsprodusenter. I utviklingen av sine løsninger utnyttet Corning bølgguide-baserte design. 

Fordelen med bølgguide-baserte design er at de gjør det mulig å bygge AR-enheter som er slankere og lettere. Disse bølgguidene utnytter ultraflatt glass med høy refraktiv indeks for å optimalisere bildekvaliteten og gi en stor øyeboks, noe som resulterer i en betydelig forbedret brukeropplevelse når det gjelder den oppslukende kvaliteten. I tillegg til løsningene tilbyr Corning også AR/MR-enhetsproduksjonsteknologier til kunder som er interessert i høyvolumsproduksjon av AR/MR-enheter. Corning tilbyr førsteklasses flathetsmetrologi-instrumenter fra Corning Tropel og svært presise, automatiserte laser-glasskuttmaskiner fra Corning Laser Technologies.

For hele året 2023, Corning registrerte GAAP-salg på $12.6 milliarder, ned 11%. 

Fremtiden for AR-klare optiske løsninger

Augmented reality har potensial til å drastisk forbedre måten vi oppfatter syn og å se på. Verden av smarte kontaktlinser vokser, og selskaper som Samsung, Sony og Google har investert viktige FoU-ressurser i den. 

Samsung sin involvering i produksjon av smarte kontaktlinser har blitt diskutert siden 2016, da selskapet søkte om et patent på smarte kontaktlinser. Ifølge spekulative rapporter ble patentet innlevert for en smart kontaktlinseteknologi som kunne projisere bilder inn i brukerens øyne. Skapt av en vitenskapsmann i Sør-Korea, var innleveringen sentrert rundt AR-kompatibilitet, hvor linsen hadde en liten skjerm, kamera og antenne. Den kunne overlagre datagenererte bilder over den virkelige verden. Ifølge rapporter kunne sensorene styres ved blinking, og brukeren kunne ta fotografier ved å vri på øyet. 

ARs suksess, når det gjelder å bli mer sensitiv og oppslukende, vil i stor grad avhenge av innovasjonene som skjer innen feltet av dets optiske egenskaper. 

Fremtiden vil innebære linser hvor brukere komfortabelt kan få informasjon overlagt på synsfeltet. Type informasjon kan være alt fra navigasjonsdetaljer til oversatte fremmedspråk til sanntidsoppdateringer. En annen betydelig fordel med AR-kontaktlinser vil være deres evne til å tilby en transformativ løsning for synshemmede individer. 

Imidlertid vil det å tilby denne tjenesten på den mest effektive måten kreve at linsene forbedrer evnen til å identifisere objekter, gjenkjenne ansikter og tilby lydsignaler. 

Neste generasjons AR-kontaktlinser vil fremstå som en klar vinner i området som håndterer bekvemmelighet og bærbarhet av løsninger. De vil gjøre headset lettere og mer komfortable å bruke. Et annet aspekt ved neste generasjons linser som vil få dem til å blomstre er at de går utover synsforbedring og inkorporerer en rekke overvåkingsfunksjoner.

Disse overvåkede parametrene, som inkluderer biomarkører, vil hjelpe AR å blomstre innen helsevesen og diagnostikk. 

Imidlertid må utviklere være oppmerksomme på noen viktige aspekter når de utvikler sine løsninger. Linsene bør proaktivt og kompetent håndtere personvernspørsmål. De må sikre at potensielle risikoområder og misbruk av viktig informasjon minimeres. Først da vil AR bli en del av vår hverdag. 

Klikk her for en liste over de beste AR- og VR-aksjene å vurdere.