Aprimorando a Realidade Aumentada com Lentes de Próxima Geração

Uma das maiores escolas de design online do mundo, Interaction Design Foundation, define Realidade Aumentada como ‘uma experiência onde os designers aprimoram partes do mundo físico dos usuários com entrada gerada por computador.’ A IBM, uma das empresas pioneiras que sempre nos apresentou novas formas de tecnologia revolucionária, vê e estuda AR como a ‘integração em tempo real de informações digitais no ambiente do usuário.’ 

Essas definições provam que a Realidade Aumentada é nada menos que um salto radical, que envolve percepções altamente imaginativas do que a tecnologia poderia nos proporcionar e soluções intricadamente construídas para transformar essas percepções em realidade. 

Tornar a realidade aumentada uma proposta eficaz e eficiente no terreno requer que muitos fatores funcionem bem. A convergência dos mundos digital e físico deve ser livre de falhas e perfeita. As interações precisam acontecer em tempo real, e a identificação de objetos virtuais e reais em interfaces tridimensionais deve ser precisa. 

Ao longo dos anos, pesquisadores e equipes de projetos tecnológicos inovadores têm trabalhado incansavelmente para aperfeiçoar esses fatores. Novas pesquisas criaram grande entusiasmo neste campo. Cientistas criaram a lente mais fina do planeta, habilitada por excitons, que poderia ser usada em futuros óculos AR. No segmento a seguir, aprofundamos essa pesquisa. 

Lente ativada por excitons: a mais fina da Terra

Um grupo de pesquisadores da Universidade de Amsterdã e da Universidade de Stanford, Califórnia, aproveitaram uma única camada de dissulfeto de tungstênio (WS2) para desenvolver uma lente plana de meio milímetro de largura, mas com apenas 0,0000006 milímetros, ou 0,6 nanômetros, de espessura. Esses parâmetros tornam a lente a mais fina da terra. 

Além de usar um material imensamente incomum para construir lentes, a lente também é uma exceção em seu funcionamento. Enquanto lentes normais dependem de sua forma curva para dobrar e focar a luz, esta lente plana de três átomos de espessura utiliza efeitos quânticos. 

Ao contrário das lentes usuais, essas lentes aproveitam o fenômeno da difração em vez da refração. Elas são compostas por anéis concêntricos de WS2 com lacunas entre eles para focar a luz por difração. A distância entre esses anéis e seu tamanho determinam o comprimento focal da lente. 

Para tornar o foco eficiente, essas lentes dependem dos efeitos quânticos dentro do WS2. O professor associado de Física da West Texas A&M University, Christopher S. Baird define efeitos quânticos como efeitos que não são ‘adequadamente previstos pela física clássica, mas são adequadamente previstos pela teoria quântica.’ A física clássica vê ‘matéria’ como algo que compreende pequenas partículas sólidas.

“Portanto, sempre que fazemos as partículas de matéria agirem como ondas, estamos demonstrando um efeito quântico.”

– Professor Baird

Supercondutividade, por exemplo, é um efeito quântico macroscópico. Neste caso, os efeitos quânticos trabalham para permitir que o material absorva e reemita luz de forma eficiente em comprimentos de onda específicos. Como resultado, a lente possui uma capacidade embutida que a ajuda a funcionar melhor para esses comprimentos de onda. 

Se tentarmos entender melhor o papel dos efeitos quânticos, eles funcionam como um aprimoramento onde o WS2 absorve luz enviando um elétron para um nível de energia mais alto. A ausência do elétron carregado negativamente deixa para trás um buraco carregado positivamente na rede atômica. Esse buraco permanece unido ao elétron por uma força eletrostática atrativa que atua entre eles. Essa formação do elétron, do buraco na rede e da força que atua entre eles é conhecida como ‘exciton’. Em comprimentos de onda específicos da luz emitida pelos excitons, essas lentes atingem um pico claro em sua eficiência. 

Jorik van de Groep, um dos autores do artigo, explicou bem por que essas lentes poderiam ajudar a AR a avançar ainda mais. Como Jorik explica:

“A lente pode ser usada em aplicações onde a visão através da lente não deve ser perturbada, mas uma pequena parte da luz pode ser captada para coletar informações. Isso a torna perfeita para óculos vestíveis, como para realidade aumentada.”

Os pesquisadores estão tentando aprimorar a solução e torná‑la mais eficiente experimentando revestimentos ópticos mais complexos e multifuncionais. Nessas soluções, as funções podem ser ajustadas eletricamente. Um dos benefícios de trabalhar com excitons é que, como eles são muito sensíveis à densidade de carga de um material (a medida da acumulação de carga elétrica em um campo específico), aplicar uma voltagem ajuda a provocar mudanças no índice de refração do material.

No total, o experimento e seus resultados podem ter um impacto revolucionário na AR e no uso de lentes em dispositivos AR. Desde o início, os cientistas têm experimentado a qualidade das lentes AR, pois são ferramentas interativas cruciais para os usuários interagirem com espaços que vão além da realidade. Alguns anos atrás, um experimento inovador semelhante resultou em testes práticos para a primeira lente de contato inteligente baseada em AR.

Clique aqui para uma lista de empresas inovadoras que redefinem a fronteira AR/VR.

A primeira lente de contato inteligente baseada em AR

Em 2022, a Mojo Vision, uma empresa que afirma ser pioneira na liderança do futuro da tecnologia Micro-LED, anunciou o lançamento do Mojo Lens, a primeira lente de contato de Realidade Aumentada do mundo. Foi uma atualização do protótipo totalmente autônomo Mojo Lens da empresa, originalmente lançado em 2020. 

O protótipo apresentava um display MicroLED de 14.000 pixels por polegada, medindo > 0,5 mm de diâmetro com um passo de pixel de 1,8 mícrons. Na época, era considerado o display mais pequeno e denso do mundo para atender a conteúdo dinâmico. Além disso, possuía um acelerômetro, giroscópio e magnetômetro configurados sob medida para facilitar o rastreamento contínuo de movimentos oculares. No entanto, a lente exigia que o usuário usasse processadores ARM ao redor do pescoço, o que poderia permitir um retransmissão sem fio de informações para a lente e de volta a computadores que rastreavam o movimento dos olhos.

Entre 2022 e 2024, o Mojo Lens continuou inovando sua tecnologia e produtos para oferecer displays dinâmicos que alcançaram 28.000 pixels por polegada. O a tecnologia central agora envolve dispositivos micro-LED azul eficientes em escala sub‑µm e tinta de ponto quântico de alta eficiência, enquanto o sistema de exibição repousa sobre pilares de uma camada de CMOS otimizada, ligação wafer‑to‑wafer e óptica de micro‑lentes personalizada. 

Usando uma micro‑lente Mojo, com diâmetro correspondente ao passo de pixel colocado sobre um emissor uLED muito menor, é possível entregar até 5 vezes mais fluxo luminoso na pupila de entrada de guias de ondas AR típicas comparado a displays convencionais.

Embora a solução Mojo Lens seja um criador de tendências, grandes gigantes de tecnologia têm investido pesquisas e recursos significativos na construção de soluções de visualização AR de ponta.

#1. 3M

Uma entidade global que realizou um trabalho fenomenal desenvolvendo soluções ópticas avançadas para dispositivos AR/VR é a 3M. Suas soluções ópticas suportam headsets que oferecem visuais imersivos de qualidade ótima que convergem perfeitamente os mundos virtual e físico. 

Uma das maravilhas tecnológicas nas quais a 3M desenvolve a maioria de suas lentes de ponta é o paradigma de óptica dobrada ou óptica tipo panqueca. Nesse paradigma, a tecnologia dobra o caminho óptico, resultando em imagens nítidas com um amplo campo de visão (FOV) e um dispositivo mais fino.

A lente 3M HARP, que ganhou o Prêmio Society of Display Component of the Year 2022, integrou um polarizador refletivo birrefringente para produzir óculos compactos de FOV médio e ópticas de amplo FOV para displays montados na cabeça usando óptica dobrada na configuração da lente.

A 3M usou a lente HARP em um headset protótipo da Pegatron para produzir um módulo de lente 50% mais fino comparado a um headset usando um módulo de lente Fresnel, resultando em um headset 40% mais fino no geral.

A lente garantiu menor distância entre o display e o olho do usuário, o que resultou em menos plástico e peso total.

MTF, ou função de transferência de modulação, é medida para avaliar a capacidade de um sistema de lentes de manter o contraste de um objeto ao ser imagado. A lente 3M HARP demonstrou MTF aceitável para pixels tão pequenos quanto 9 mícrons. A 3M afirma estar trabalhando em soluções AR para uma variedade de aplicações e indústrias.

Para o ano fiscal de 2023, a receita anual da 3M foi de US$ 32,68 bilhões, um aumento notável em relação ao seu valor de 2022 de US$ 34,23 bilhões. 

#2. Corning

Outro líder global que afirma ter ‘expertise incomparável em ciência do vidro, ciência de cerâmica e física óptica com profundas capacidades de fabricação e engenharia’ criou um nome para si no desenvolvimento de soluções avançadas baseadas em vidro para dispositivos de realidade aumentada/mista (AR/MR).

A Corning foi a primeira empresa a oferecer lâminas de vidro ultra‑planas, com índice de refração altamente elevado, para os principais fabricantes de dispositivos AR/MR. Ao desenvolver suas soluções, a Corning aproveitou designs baseados em guias de ondas.

O benefício dos designs baseados em guias de ondas é que eles facilitam a construção de dispositivos AR mais elegantes e leves. Esses guias de ondas utilizam vidro ultra‑plano com alto índice de refração para otimizar a qualidade da imagem e proporcionar uma grande caixa ocular, resultando em uma experiência de usuário muito aprimorada quanto à qualidade imersiva. Além das soluções, a Corning também oferece tecnologias de fabricação de dispositivos AR/MR para clientes interessados em produção em grande volume de dispositivos AR/MR. A Corning oferece instrumentos de metrologia de planicidade de classe mundial da Corning Tropel e máquinas de corte a laser de vidro altamente precisas e automatizadas da Corning Laser Technologies.

Para o ano completo de 2023, a Corning registrou vendas GAAP de US$ 12,6 bilhões, queda de 11%. 

O futuro das soluções ópticas prontas para AR

A realidade aumentada tem o potencial de melhorar drasticamente a forma como percebemos a visão. O mundo das lentes de contato inteligentes está crescendo, e empresas como Samsung, Sony e Google investiram recursos cruciais de P&D nisso. 

O envolvimento da Samsung em fabricar lentes de contato inteligentes tem sido discutido desde 2016, quando a empresa solicitou uma patente para lentes de contato inteligentes. Segundo relatos especulativos, a patente foi apresentada para uma tecnologia de lente de contato inteligente que poderia projetar imagens nos olhos do usuário. Criada por um cientista na Coreia do Sul, a solicitação foi centrada no aspecto da compatibilidade AR, onde a lente tinha um pequeno display, câmera e antena. Ela poderia sobrepor imagens geradas por computador ao mundo real. Alegadamente, os sensores poderiam ser controlados por piscar, e o usuário poderia tirar fotografias piscando. 

O sucesso da AR, em termos de se tornar mais sensível e imersiva, dependerá em grande parte das inovações que ocorram no campo de suas características ópticas. 

O futuro envolverá lentes onde os usuários podem confortavelmente ter informações sobrepostas ao seu campo de visão. O tipo de informação pode ser qualquer coisa, desde detalhes de navegação até traduções de idiomas estrangeiros e atualizações em tempo real. Outro benefício significativo das lentes de contato AR seria sua capacidade de oferecer uma solução transformadora para indivíduos com deficiência visual. 

No entanto, oferecer esse serviço da maneira mais eficiente possível exigiria que as lentes melhorassem ainda mais a identificação de objetos, o reconhecimento facial e a oferta de sinais auditivos. 

Lentes de contato AR de próxima geração emergiriam como vencedoras claras no espaço que lida com conveniência e portabilidade de soluções. Elas tornarão os headsets mais leves e confortáveis de usar. Outro aspecto das lentes de próxima geração que as fará prosperar é que elas vão além da melhoria da visão e incorporam uma série de recursos de monitoramento.

Esses parâmetros monitorados, que incluem biomarcadores, ajudariam a AR a florescer no campo da saúde e diagnóstico. 

No entanto, os desenvolvedores devem estar atentos a alguns aspectos vitais ao desenvolver suas soluções. As lentes devem abordar proativamente e competentemente as preocupações de privacidade. Elas devem garantir que áreas potenciais de risco e uso indevido de informações vitais sejam minimizadas. Só então a AR se tornará parte do nosso cotidiano. 

Clique aqui para uma lista das principais ações AR & VR a considerar.