Lätta AR‑glasögon för en mer realistisk vardagsanvändning

Ett team av POSTECH-forskare har precis presenterat en ny metod för att skapa ultratunna, lätta Augmented Reality (AR)-glasögon. Den uppdaterade metoden kan hjälpa till att göra AR realistisk för vardagsanvändning och inleda en ny teknologisk era inom flera sektorer. Så här kan detta team driva AR‑adoption till nya höjder under de kommande åren.

Vad är Augmented Reality och varför är det viktigt?

Augmented reality (AR) avser att blanda den digitala och den verkliga världen i ett sömlöst gränssnitt. Begreppet har funnits sedan 1968, när Harvard-datorvetenskapsmannen Ivan Sutherland, även känd som datorgrafikens fader, först presenterade sin AR‑huvudmonterade display.

Det dröjde till 2008 innan de första kommersiellt tillgängliga AR‑systemen började dyka upp. I detta fall kombinerade en tysk reklambyrå tekniken med en magasinannons som, när den hölls framför en datorkamera, gjorde det möjligt för användaren att manipulera magasinets bild på skärmen.

Sedan dess har AR upplevt enorm tillväxt inom tillverknings-, underhållnings- och militära sektorer. Du kan hitta AR‑system överallt idag. Från headseten som bärs av avancerade stridsflygplanspiloter till populära mobilspel som Pokémon GO, fortsätter AR‑tekniken att omforma hur vi interagerar med världen.

Hur stor är Augmented Reality‑marknaden år 2024?

Det finns en stark önskan bland tillverkare att göra AR till en vardagsteknik. Detta driv kan ses i marknadens tillväxt.  År 2024 nådde AR‑marknaden ett värde på 42,48  miljarder dollar.  Enligt den senaste Immersive Entertainment—Global Strategic Business Report 2024 låg den globala marknaden för Immersive Entertainment på 133,6  miljarder dollar 2024. Imponerande nog förutspås den globala AR‑marknaden växa med en sammansatt årlig tillväxttakt (CAGR) på 42,36 %. Denna tillväxt innebär att marknaden år 2029 kommer att vara värd över 248,38  miljarder dollar.

Vad hindrar vardagliga AR‑glasögon?

Trots den förutsagda tillväxten och en stadig ökning av tillverkare finns det fortfarande många problem med dagens AR‑system som måste lösas innan de kan lyfta. För det första är huvudbonaden för dessa enheter för skrymmande och tung.

AR‑användare kan inte riktigt uppleva daglig användning eftersom enheterna är för obekväma för långvarig bärning. Föreställ dig om din smartklocka vägde ett pund. Det är liten chans att du skulle överväga att bära den hela dagen, eller ens för uppgifter som kräver känsliga och precisa handrörelser.

Samma scenario gäller för AR‑system. Deras komfortnivå måste överträffa deras nytta. Folk vill ha en lätt enhet som knappt märks. Den idealiska formfaktorn skulle vara som traditionella glasögon och väga ungefär lika mycket.

Varför waveguides är en flaskhals för AR‑headsets

I kärnan av AR‑marknadens problem ligger hur tekniken visar bilder. AR‑optiken använder waveguide‑lager som hjälper till med kromatisk dispersion och leder virtuella bilder till ditt öga. För närvarande kan AR‑system kräva ett separat waveguide‑lager för varje färg. Därför kan dessa enheter ha 3–6 staplade glasplattor i varje öga.
Dessutom behöver enheterna flerskikts‑gitterkopplare för att fungera korrekt. Tyvärr kräver dessa enheter komplexa tillverkningsprocesser som är dyra och kräver hög kompetens, vilket ökar deras kostnad. När du granskar dessa kostnader, i kombination med att enheterna fortfarande är för tunga för ergonomiska huvudmonterade tillämpningar, blir det tydligt var ingenjörer måste fokusera.

Kan metasurfaces lösa AR‑designutmaningar?

En metod som har fått viss uppmärksamhet är användningen av metasurfaces. Metasurfaces är speciellt tillverkade subvåglängds‑fotonaresonatorer. Resonatorerna är designade för att upprepas med vissa intervaller, vilket gör det möjligt för ingenjörer att oberoende modifiera nyckelaspekter, inklusive amplitud, fas och polarisation. Tyvärr har denna lösning inte nått sina mål på grund av faktorer som låg effektivitet, kromatisk aberration och dålig homogenitet.

POSTECH:s genombrott: achromatiska metagitter för AR

Genom att inse behovet av mer avancerade AR‑system introducerade professor Junsuk Rho och kollegor vid POSTECH en tillverkningsprocess för AR‑glasögon som ger resultat lika tunna och lätta som vanliga receptglasögon. Rapporten¹ Single-layer waveguide displays using achromatic metagratings for full-colour augmented reality, publicerad i Nature Nanotechnology, går in på hur teamet kunde skapa en single‑layer waveguide‑display med achromatiska metagitter istället för flera linser.

Ingenjörerna kombinerar ett single‑layer waveguide‑substrat med dispersionsfria kopplare för att skapa ett par AR‑glasögon som kan hantera alla färger i ett enda glaskikt. Som en del av detta tillvägagångssätt vände sig teamet till en teknik som kallas achromatiskt metagitter. Denna strategi eliminerade behovet av flera lager, vilket minskar tillverkningskostnader, komplexitet och tid.

Hur forskarna konstruerade en single‑layer display

Ingenjörerna utnyttjade periodiska matriser av rektangulära nanostrukturer för att uppnå sina mål. Den speciellt skapade ytan kan diffraktera rött, grönt och blått ljus i samma riktning. Som en del av detta tillvägagångssätt integrerade teamet nanoskaligt kisel‑nitrat (Si₃N₄) i speciellt placerade pelare inom strukturen. Dessa pelare gjorde det möjligt för ingenjörerna att finjustera sin konstruktion efter behov.

Avancerade algoritmer förbättrar ljuskontrollen i AR‑glasögon

Teamet använde en stokastisk topologi‑optimeringsalgoritm för att säkerställa att enheten uppnådde maximal effektivitet. Designen gjorde det möjligt för forskarna att styra ljuset för att uppnå en achromatisk spridningsvinkel inom det enkla waveguide‑substratet. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för teamet att skapa hållbara, högkvalitativa projicerade bilder.

Bättre ergonomi: 9 mm ögonbox‑fördel

En av de centrala komponenterna i enheten är dess ögonbox. Ingenjörerna behövde säkerställa att ergonomi och komfortnivå var utmärkta. Därför fastställde de att en större 9 mm ögonbox var den ideala formen och storleken. De noterade att den större ögonboxen gav konstant bildkvalitet och kunde behålla skärpan även om bäraren tittade i olika riktningar.

Testning av den nya AR‑glasögonprototypen

Teamet testade sina konstruktioner under flera dagar. De lyckades skapa fullfärgsbilder som erbjöd levande färg och precisa bilder. Forskarna använde en 500 µm tjock single‑layer waveguide som en del av testerna. Denna fullfärgs‑augmented‑reality‑waveguide‑display gav bäraren ett lätt och bekvämt alternativ till sina föregångare.

Vad avslöjade testerna? Prestanda och visuella resultat

Testresultaten visade att den förbättrade metoden fullt ut kunde återskapa fullfärgsbilder från den ultralätta designen. Den proprietära uppsättningen hjälpte till att lösa flera nyckelbegränsningar i traditionella augmented‑reality‑nära‑ögat‑optiska designer. För det första eliminerade den uppgraderade enheten färgoskärpa. Dessutom demonstrerade den överlägsen homogenitet och levererade en ljusare displaybild.

Varför detta nya AR‑gränssnitt kan förändra allt

Flera fördelar gör det nya AR‑gränssnittet framgångsrikt. För det första minskar det enhetens formfaktor och vikt, vilket gör att en person kan bära AR‑huvudenheten bekvämt under en längre period. Den ultratunna och lätta designen möjliggjordes eftersom waveguiden bara mätte en hundradel av en människohårs diameter. Här är några andra viktiga fördelar som inte får förbises.

Kvalitetsbilder

Det nya AR‑systemet levererar bättre bildkvalitet. Minskningen av våglängdslager hjälpte till att förbättra ljusstyrka och kvalitet. Dessa system får inte offra grafik för att förbättra ergonomi. Noterbart förbättrar denna design alla aspekter samtidigt som den minskar den totala vikten.

Tillverkningskostnader

Tillverkning av avancerade AR‑glasögon är en tidskrävande och dyr uppgift. Eftersom majoriteten av dagens glasögon kräver 3–6 waveguides per enhet, är kostnaden för att skapa enheterna mycket högre än för en enskild wave‑grating‑enhet. Dessa ingenjörer introducerar en förenklad och mer avskalad produktionsprocess som ger bättre resultat.

Skalbar

En annan viktig fördel är att den nya AR‑glasögonuppsättningen är anpassningsbar. Denna konfiguration kan justeras för att stödja storskalig tillverkning. Detta tillvägagångssätt kommer att möjliggöra för fler tillverkare att komma in på marknaden, vilket ökar konkurrensen och innovationen.

När kan dessa glasögon nå marknaden?

Det finns många användningsområden för denna teknik. För det första presenterar studien nästa generations AR‑displayar som kan integreras i ett brett spektrum av industrier. Från läkare som använder tekniken för att utföra komplexa operationer, till militära piloter som flyger förbi luftförsvar, och ända till att hitta de bästa erbjudandena i ditt köpcentrum, är dessa system avsedda för avancerade tillämpningar.

Tidslinje för AR‑gränssnitt

Ingen tidslinje har nämnts av ingenjörerna. Men den enorma efterfrågan på bättre AR‑gränssnitt, i kombination med branschens imponerande tillväxttakt, gör det rimligt att anta att tekniken kommer att nå marknaden inom mindre än fem år. Teknologin för att genomföra uppgiften finns redan tillgänglig, och tillverkare är ivriga att sänka priserna samtidigt som de levererar bättre produkter till marknaden.

Forskare inom AR‑gränssnitt

Studien om AR‑gränssnitt presenterades av Seokil Moon, Seokwoo Kim, Joohoon Kim, Chang‑Kun Lee och Junsuk Rho. Teamet har tidigare arbetat med AR‑system, och denna senaste uppgradering är kulmen på år av forskning.
Noterbart har studien fått stöd från Samsung Research, POSCO (PKX ) Holdings N.EX.T Impact, Ministeriet för handel, industri och energis Alchemist‑projekt, Ministeriet för vetenskap och IKT:s Global Convergence Research Support Program samt Mid‑Career Researcher Program.

Nästa steg: Partnerskap för AR‑kommersialisering

Det finns stor kommersialiseringspotential när man diskuterar de uppgraderade AR‑gränssnitten. Dessa system kan en dag bli lika vanliga som din mobiltelefon. Därför söker ingenjörerna nu efter industri‑ och tillverkningspartner för att hjälpa till att föra konceptet till produktion.

Kommersiella aktörer som är positionerade att dra nytta av AR‑innovation

AR‑marknaden är en konkurrensutsatt sektor som fortsätter att se fler tillverkare och designers gå in i området. Den växande marknaden är ett direkt resultat av en ökad efterfrågan från konsumenter på avancerade AR‑produkter.
När fler företag svarar på dessa krav är det lätt att se att vissa företag fortsätter att leda tävlingen. Här är ett företag som har en utmärkt marknadsposition och förmågan att integrera de senaste AR‑studieresultaten för att driva sin resultatlinje.

Advanced Micro Devices, Inc. 

Advanced Micro Devices Inc. (AMD ) gick in på marknaden 1969 som en chip‑producent. Denna Silicon‑Valley‑startup grundades av Jerry Sanders för att stödja mer avancerade och snabbare datorsystem. Sedan lanseringen har AMD vuxit till att bli ett av de ledande namnen inom chip‑tillverkning och AR‑sektorn.
Idag är AMD känt för sina avancerade processorer som stödjer högpresterande beräkningar, visualiseringstekniker och förbättrad grafik. Dessutom fortsätter företaget att expandera sin position inom AR‑marknaden. För närvarande spelar det en betydande roll i AR‑industrin genom att leverera avancerade chip för att stödja nästa generations applikationer.

AMD är ett av de största namnen inom tekniksektorn. Det har för närvarande strategiska partnerskap med olika konglomerat. Till exempel är AMD‑chipen det som driver Sonys PlayStation 5 och Microsofts Series X|S‑spelkonsoler.
Denna position har hjälpt AMD att säkra ett börsvärde på 166,75  miljarder dollar samt en värdering på 164,17  miljarder dollar. För närvarande har företagets aktie ett trailing‑PE‑tal på 75,08 och ett forward‑PE‑tal på 24,28. Enligt företagets register har AMD säkrat en omsättning på 27,75  miljarder dollar och tjänat 2,23  miljarder dollar i vinst i år. De som söker ett välrenommerat företag med fotfäste i den växande AR‑sektorn bör överväga att göra mer forskning om AMD.

Slutliga tankar: Att föra AR in i vardagen

Det är intressant att se hur teknik som en gång verkade som science fiction nu är på väg att bli vardagsprodukter. AR förbättrar avsevärt dina möjligheter och hjälper till att skapa ett mer kapabelt samhälle. För att nå dessa mål måste AR‑designer först erövra grundläggande mänskliga önskningar som komfort och pålitlighet. Om de kan uppnå dessa mål finns en oändlig potential för tekniken framöver.

Läs om andra coola AR‑ och VR‑projekt nu.

Refererade studier:

^{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} (MSFT )