تستعد هذه البكسلات الصغيرة لغزو الواقع المعزز

حققت نظارة جوجل، وهي نموذج أولي لنظارة الواقع المعزز التي تم إصدارها في أبريل 2013، نجاحًا كبيرًا. لقد وعد بالوصول البديهي بدون استخدام اليدين إلى أهم ميزات الهاتف الذكي – تسجيل الفيديو والملاحة وحتى البريد الإلكتروني. انسَ شاشات اللمس والأزرار: مستقبل الحوسبة كان على وجهك.

لقد كانت كارثة.

على الرغم من جمال المفهوم، إلا أن استخدام Glass كان صعبًا وواجه صعوبات في تقديم صورة حادة ومشرقة في الهواء الطلق. ثم جاءت ردة الفعل العكسية “الثقب الزجاجي”. لقد سهّل حجم الشاشة على مرتديها اكتشافهم وسط حشد من الناس، على الأقل اثنين مناسبات، مما أدى إلى مشاجرات جسدية.

وكانت التداعيات واضحة. كان الواقع المعزز بدون استخدام اليدين (AR) ممتعًا على الورق، ولكن مع تصاعد التوترات بشأن تأثير شركات التكنولوجيا الكبرى، لم تتمكن من التغلب على وصمة العار المتمثلة في جعل الناس يبدون وكأنهم إضافات في نقرة من السايبربانك.

والآن، وبعد مرور أكثر من عقد من الزمان، أصبح المستقبل الذي تصورته جوجل ــ وأكثر من ذلك بكثير ــ على وشك أن يصبح حقيقة. ستحتوي شاشات العرض الصغيرة الجديدة، بعضها صغير بما يكفي لوضعه على طرف إصبعك، على مصابيح LED صغيرة الحجم ومصابيح LED عضوية صغيرة (مصابيح LED عضوية). لقد تم إعدادهم لتقديم موجة من سماعات الرأس التي قد تحول حتى أكثر المتشككين المتحمسين في الواقع المعزز.

سوف يقود Vision Pro من Apple، المقرر إطلاقه في عام 2024، هذا التغيير، على الرغم من أنه قد لا يهز جمالية السايبربانك. تم تصميم سماعة الرأس المغلقة بالكامل، والتي تذكرنا بشكل غامض بنظارات التزلج، لمزيج من الواقع المعزز والواقع الافتراضي (VR) الذي تسميه شركة أبل “الحوسبة المكانية”.

يتجنب Vision Pro بعض المشكلات التي يواجهها Google Glass من خلال تضييق نطاق المنتج. وتأمل شركة Apple أن تحل سماعات الرأس محل الكمبيوتر والجهاز اللوحي والتلفزيون، ولكن داخل حدود منزلك أو مكتبك فقط.

الابتكار الحقيقي يكمن في الداخل: زوج من شاشات OLED الصغيرة لا يزيد حجمها عن طابع بريدي يجمع دقة 4K في شاشة 1.3 بوصة مربعة فقط. تحتوي كل شاشة على أكثر من 11 مليون بكسل، تفصل بينها 6.3 ميكرومتر فقط، أي أقل من قطر خلية الدم الحمراء البشرية.

إنها ترقية مذهلة. تستخدم Apple Vision Pro، مثل Meta Quest 3 وHTC Vive XR Elite، الكاميرات لمحاكاة العالم الخارجي على شاشات العرض الداخلية، وهي تقنية تُعرف باسم الواقع المختلط المار. لكن منافسيها يستخدمون شاشات الكريستال السائل التي تفتقر إلى الحدة اللازمة لإعادة إنتاج العالم من حولك بأمانة، لذا فإن المهام التي ينبغي أن تكون بسيطة، مثل إلقاء نظرة سريعة على ملاحظة مكتوبة بخط اليد، يمكن أن تكون صعبة.

يقول أنشيل ساج، المحلل الرئيسي في شركة Moor Insights & Strategy: “أعتقد بشكل عام أنهم حققوا شيئًا مثيرًا للإعجاب”. “هذه هي سماعة الرأس التي تصنعها إذا كنت تريد أن يفهم الناس تمامًا الإمكانات القصوى للواقع المعزز والواقع الافتراضي.” يعتقد ساج أن وحدات البكسل الفردية على شاشات Vision Pro ستكون غير مرئية لمعظم الناس، “إلا إذا كان لديك حدة بصرية مثيرة للإعجاب للغاية، مثل 20/10.”

يُعتقد على نطاق واسع أن شاشات Vision Pro ذات الكثافة البكسلية هي تتويج لسنوات من العمل من مجموعة حلول أشباه الموصلات من سوني. ركزت مغامرات micro-OLED الخاصة بالقسم في الأصل على محددات الرؤية الرقمية الملونة عالية الدقة للكاميرات مثل سوني SLT-A77. كما صنعتها المجموعة أيضًا لجهاز يُثبت على الرأس، العارض الشخصي ثلاثي الأبعاد HMZ-T1، التي أطلقتها شركة Sony في عام 2011، حيث روجت لها كتجربة تشبه تجربة السينما لمشاهدة الفيديو.

كان أداء سماعة الرأس HMZ-T1 أفضل مع الأفلام ثلاثية الأبعاد، والتي ثبت أنها موضة. لكن سوني لم تتخلى عن شاشات micro-OLED، وفي عام 2018 أعلنت عن شاشة micro-OLED بقياس 0.5 بوصة قلصت المسافة بين البكسلات من 7.8 إلى 6.3 ميكرومتر (نفس الشاشات الأكبر الموجودة في Vision Pro)، أصبح هذا الابتكار ممكنًا بفضل الاختراق الذي وضع مرشح الألوان بالقرب من المادة العضوية الباعثة للضوء في OLED. مع شاشة بهذا الحجم الصغير، فإن أي تغيير طفيف في زاوية الضوء المنبعث من وحدات البكسل الفرعية الحمراء والزرقاء والخضراء يمكن أن يضر بأداء الألوان. يؤدي تحريك مرشح الألوان إلى تحسين زاوية العرض لكل بكسل، مما يجعل العرض الأصغر ممكنًا دون المساس بجودة الصورة.

تستفيد شاشات Micro-OLED من بعض نقاط القوة التقليدية للثنائيات الباعثة للضوء المصنوعة من الأفلام العضوية. كل بكسل هو انبعاث ذاتي، مما يعني أن سطوعه يكون صفرًا عندما يكون “متوقفًا”. لا تستطيع شاشات LCD الموجودة في معظم سماعات الرأس تحقيق ذلك، ونتيجة لذلك، يكون للمشاهد الأكثر قتامة توهج رمادي ضبابي. وعندما تكون شاشات OLED الصغيرة قيد التشغيل، فإنها تعمل. تتميز شاشات Vision Pro بسطوع يصل إلى 5000 شمعة في المتر المربع، وهو مقياس السطوع المعتمد في الصناعة. إنه تحسن بمقدار 50 ضعفًا عن Meta’s Quest 2، الذي يصل إلى 100 شمعة فقط. (لم تكشف Meta عن سطوع Quest 3، ولكن من المحتمل أن يكون مشابهًا.)

من المرجح أن يعمل Vision Pro على تسريع اعتماد تقنية micro-OLED. ولكن على الرغم من نقاط قوتها العديدة، إلا أن شاشات OLED المصغرة هذه لا تزال تعاني من بعض العيوب. يشير مايكل موراي، الرئيس التنفيذي لشركة Kopin، وهي شركة عرض في ويستبورو، ماساتشوستس، إلى أن شاشات micro-OLED ممتازة لنقل الصور، مثل الأفلام، ولكنها في بعض الأحيان أقل من ذلك بالنسبة للنصوص الثابتة – وهو السبب، كما يقول، لماذا سماعات الرأس Meta’s Quest عالقة مع شاشات الكريستال السائل. في حين أن شاشات Micro-OLED يمكن أن تكون ساطعة، إلا أن الجزيئات العضوية الموجودة بداخلها يمكن أن تتحلل بمرور الوقت، وهي ظاهرة تعرف باسم الاحتراق. تفشل تقنية Micro-OLED أيضًا في حل مشكلات تصميم Google Glass بشكل كامل: فقد تم تحسين الشاشة، لكن سماعة الرأس أصبحت أكثر وضوحًا.

ولحسن الحظ، توفر مصابيح LED الصغيرة حلاً.

حقا مجهرية

تختلف شاشات Micro-OLED وmicro-LED في التفاصيل، لكن إنتاجها يشترك في أوجه تشابه واسعة. كلاهما يقترن بـ “لوحة الكترونية معززة” من السيليكون، والتي توفر الهيكل والقوة، مع شاشة عرض “واجهة أمامية” تخلق ضوءًا مرئيًا. تم تسمية كل منها على اسم نوع اللوحة الأمامية المستخدمة: طبقة من المواد العضوية التي تبعث الضوء استجابة لتيار كهربائي في حالة شاشات OLED الصغيرة، ومجموعة صغيرة جدًا من الثنائيات الإلكترونية المصنوعة من أشباه الموصلات في حالة شاشات Micro-OLED. المصابيح.

تكنولوجيا العرض Micro-LED ليست ناضجة مثل micro-OLED، ولكن الإمكانيات مغرية. يقول موراي: “يُعتبر Micro-LED هو الأفضل على الإطلاق”. “إنها تتمتع بأفضل جودة للعرض، وتتمتع بعمر افتراضي طويل، ولا توجد بها مشكلات احتراق، وتتميز بدرجة سطوع عالية يمكنك التحكم فيها… وهذا هو ما يتجه إليه المستقبل.”

كانت شركة Mojo Vision، وهي شركة تكنولوجيا عرض مقرها في ساراتوجا، كاليفورنيا، من بين الشركات الأولى التي أدركت إمكانات LED في الأجهزة الصغيرة. لقد أحدثت ضجة في عام 2020 باستخدام عدسة لاصقة ذات شاشة AR مرنة وشفافة. تخلت الشركة منذ ذلك الحين عن العدسات اللاصقة للتركيز فقط على الشاشة، وفي عام 2023، عرضت Mojo Vision شاشات Micro-LED مع مذهلة 28000 بكسل لكل بوصة. يصل ذلك إلى مسافة بكسل – المسافة بين مركزي بكسلين متجاورين – تبلغ 1.87 ميكرومتر فقط، أي أصغر من بعض البكتيريا وثلث حجم ما ستجده في Apple Vision Pro.

إن كثافة البكسل القصوى هذه هي نتيجة لتحول أساسي في تصميم Micro-LED. تم إنشاء شاشات LED الصغيرة الأولى باستخدام تقنية تسمى “النقل الجماعي”. تم إنتاج مصابيح LED باللون الأحمر والأزرق والأخضر على رقائق وتم نقلها واحدة تلو الأخرى إلى ركيزة العرض (وهي تقنية لا تزال تستخدم لصنع شاشات أكبر). لكن مصفوفات LED الصغيرة الصغيرة، مثل تلك التي تنتجها شركة Mojo Vision، تتبع نهجًا متجانسًا: يتم ربط مصابيح LED الصغيرة ولوحة الكترونية معززة من السيليكون في خط أنابيب إنتاج مثل ذلك المستخدم لتصنيع رقائق الكمبيوتر المتطورة.

معظم شاشات LED الصغيرة المتجانسة حاليًا هي أحادية اللون، مما يعني أنها تعرض لونًا واحدًا (عادةً أحمر أو أزرق أو أخضر). لكن شاشات LED الصغيرة ذات الألوان الكاملة أصبحت قاب قوسين أو أدنى. تأمل Mojo Vision أن يكون لديها نموذج أولي ملون لمصابيح LED صغيرة جاهزة في أوائل عام 2024، وقد أظهر أحد منافسيها، Jade Bird Displays ومقرها شنغهاي (غالبًا ما يشار إليها بالأحرف الأولى من اسمها، JBD)، نموذجًا أوليًا وظيفيًا لمصابيح LED الصغيرة الملونة مع خطوة بكسل من خمسة ميكرومتر– أكبر مما تأمل Mojo Vision في تحقيقه، ولكنه أصغر من Vision Pro من Apple.

الميزة الرئيسية للبكسلات الأصغر حجمًا والأكثر كثافة هي تقليل حجم العرض عند أي دقة معينة، مما يؤدي بدوره إلى تقليل حجم ووزن سماعات الرأس AR. على سبيل المثال، تحقق سلسلة AmuLED أحادية اللون من JBD دقة تبلغ 640 × 480 على شاشة يمكن أن تحملها النملة الحفارة على ظهرها – مع وجود مساحة إضافية.

تحقق مصابيح Micro-LED أيضًا فوزًا هائلاً في السطوع. ويتراوح النطاق من 1.8 مليون إلى 3 ملايين شمعة في المتر المربع، كما يقول موراي: “سوف تمزق الشبكية من عينك حرفيًا وتصيبك بالعمى مدى الحياة”. بالمقارنة، فإن شاشات OLED الأكثر سطوعًا الذروة حاليًا عند حوالي 15000 شمعة.

قد يبدو احتمال حدوث ضرر دائم للعين ميزة غريبة، ولكن لا داعي للقلق، فلن ينظر أحد إلى مصابيح LED الصغيرة مباشرة. إن وضع شاشة في المقدمة مباشرةً من شأنه أن يمنع مرتديها من رؤية العالم الحقيقي، لذا فإن العديد من أجهزة الواقع المعزز تضع الشاشة على الجانب. تقوم أدلة الموجات بعد ذلك بإعادة توجيه الضوء من شاشة الإزاحة لجعله مرئيًا. يمكن أن تكون هذه العملية غير فعالة إلى حد كبير، خاصة بالنسبة لنظارات الواقع المعزز الحديثة مثل Magic Leap 2 وVuzix Blade 2، التي تركز الضوء وتعيد توجيهه من خلال أدلة موجية متعددة مرتبة مثل المرايا في بيت المرح.

“[The efficiency] يقول: “يتراوح ما بين 5% إلى 10%”. مايكل ميلر، رئيس أجهزة الواقع المعزز في شركة Niantic. “إذا كان لديك شاشة عرض تبلغ 3000 شمعة في المتر المربع، فسوف تحصل على 300 شمعة في المتر المربع. يمكنك وضع عدسة داكنة فوقها حتى تتمكن من استخدامها في الخارج، لكنها ليست جيدة بما فيه الكفاية.

يجب أن تكون شاشات العرض المبنية من مصابيح LED الصغيرة قادرة على اجتياز تحدي أدلة الموجات وأن تظل مشرقة بما يكفي لمشاهدتها على العدسات الشفافة التي تشبه العدسات الطبية.

أداء رائع، وتكلفة مذهلة

تتفوق سماعات الرأس ذات الشاشات المتطورة، مثل Vision Pro القادم، على أداء سماعات رأس VR المتوفرة في السوق الشامل. كما أنها أكثر تكلفة: سيتم بيع Vision Pro بسعر 3499 دولارًا.

شاشات العرض تستحق بعض اللوم.

ويقول موراي إن كل شاشة عرض من نوع micro-OLED يمكن أن تكلف 400 دولار لتصنيعها. يقول: “إذا كنت تقوم ببناء Meta Quest، أو شيء من هذا القبيل، فأنت بحاجة إلى اثنين منهم، وتبلغ التكلفة النهائية لديك بالفعل 800 دولار.”

قد يبدو السعر الكبير المرتبط بمثل هذه الشاشات الصغيرة غريبًا. بعد كل شيء، تعد شاشات OLED تقنية ناضجة موجودة في مئات الملايين من الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة التلفزيون في جميع أنحاء العالم. أصبحت مصابيح LED أكثر انتشارًا: ما عليك سوى النقر على مفتاح الإضاءة القريب لرؤية أحدها أثناء العمل. هذه تقنيات مفهومة جيدًا وموجودة في العديد من الأجهزة ذات الأسعار المعقولة.

ومع ذلك، على هذا النطاق الضئيل، لم يعد بناء شاشة العرض مهمة للمصنع. فهو يتطلب مسبكًا، وهو منشأة متخصصة لتصنيع الرقائق.

يمكن أن تنخفض التكاليف مع تحول الشركات المصنعة إلى بناء شاشات العرض على رقائق السيليكون الأكبر حجمًا. تعد الرقائق الأكبر حجمًا أكثر تكلفة، ولكن يمكن لكل واحدة أن تحتوي على عدد أكبر من الشاشات، مما يقلل من تكلفة كل شاشة. إن صانعي شاشات Micro-OLED في خضم التحول من الرقائق مقاس 8 بوصات إلى الرقائق مقاس 12 بوصة، وهو المعيار في تصنيع السيليكون المتطور بكميات كبيرة. يعد إنتاج Micro-LED أقل نضجًا، حيث تعتمد بعض الشركات على رقائق غير فعالة مقاس 4 بوصات.

يمثل إنتاج شاشات قابلة للاستخدام بكثافة البكسل القصوى التي يمكن لشاشات OLED الصغيرة ومصابيح LED الصغيرة تحقيقها تحديًا. المشكلة الأساسية هي العيب الذي من المحتمل أن تكون قد شاهدته أكثر من مرة: البكسل “الميت”. يعرض البكسل الميت لونًا واحدًا – غالبًا ما يكون أسودًا مثاليًا أو أبيضًا ساطعًا ومسببًا للعمى – ويرفض الاستجابة لإشارات العرض. يعد تجنب هذا العيب أمرًا صعبًا بالفعل بالنسبة لشاشات الهواتف الذكية، حيث قد يتم فصل وحدات البكسل بمقدار 500 ميكرومتر. باستخدام مصابيح LED متناهية الصغر، تكون أصغر شاشات العرض وأكثرها كثافة على الإطلاق، أو بها أدنى عيب في السيليكون، أو أنحف شريحة منزلقة نسخة من الحطام، يمكن أن تجعل العرض عديم الفائدة.

يقول موراي: “هذه هي الرياضيات المخيفة”. “من المحتمل أن تكون كمية شاشات العرض القابلة للاستخدام بعد الانتهاء من ذلك عُشر السيليكون القابل للاستخدام الذي بدأت به.” وبعبارة أخرى، يمكن إهدار أكثر من 90% من رقاقة السيليكون. ومع ذلك، فإن الشركة المنتجة لشاشات LED الصغيرة لا تزال تدفع ثمن الرقاقة بأكملها، مما يضيف تكاليف باهظة لكل شاشة.

يستثمر رواد Micro-LED في الأدوات والعمليات التي تقلل الخطوات المتضمنة في الإنتاج. وهذا أمر بالغ الأهمية، لأنه كلما كانت عملية الإنتاج أكثر تعقيدًا، زاد خطر حدوث خلل.

يركز Soeren Steudel، الرئيس التنفيذي للتكنولوجيا في شركة تطوير شاشات العرض البلجيكية Micledi، بشدة على هذه المشكلة. دخلت الشركة في شراكة مع الشركة المصنعة لأشباه الموصلات GlobalFoundries وتخطط لنقل الإنتاج هناك لخفض التكاليف. “إن Micro-LED ليس منتجًا ناضجًا بعد. لقد كان ذلك حلمًا بعيد المنال قبل 10 سنوات، والآن تقدم الشركات الأولى عروضًا تجريبية. “والسؤال الآن هو، كيف يمكنك تصنيع ذلك بكميات كبيرة دون عيوب؟”

أصبح الواقع المعزز أخيرًا سائدًا

إن صعوبة إنتاج شاشات micro-OLED وmicro-LED عالية، ولكن المشاكل تستحق الحل. يمكن أن تجعل شاشات العرض هذه الواقع المعزز مساحة افتراضية يمكن للأشخاص الوصول إليها بسهولة وسرعة في حياتهم اليومية، ليس فقط لأن شاشات العرض تبدو أكثر واقعية، ولكن أيضًا لأن شاشات العرض الصغيرة والرفيعة وعالية الجودة تمنح المهندسين المزيد من الحرية لتصميم شكل ومظهر سماعة الرأس. .

لقد أصبح تأثير شاشات OLED الصغيرة واضحًا بالفعل. تنتج Kopin شاشات عرض لطراز CR3 من HMDmd، وهي سماعة رأس مصممة للجراحين والمشاريع الدفاعية، مثل مشهد سلاح الواقع المعزز لدبابة القتال الرئيسية M1 Abrams. أطلقت شركة XRal، إحدى الشركات الرائدة الأخرى في مجال الواقع المعزز، مؤخرًا سماعة اير 2، والتي تحتوي على شاشات Sony micro-OLED.

وربما تكون احتمالات المستقبل أكثر دراماتيكية. يمكن أن يؤدي سطوع شاشات العرض الشديد وحجمها الصغير واستهلاكها المنخفض للطاقة إلى فتح حلم نظارات الواقع المعزز الخفيفة والجذابة والشفافة بالكامل والتي لا تبرز على الفور عن النظارات التقليدية.

“يريد الناس الذهاب إلى الواقع المعزز للمستهلك. يقول ستوديل: “يعني الواقع المعزز للمستهلك أن لديك نظارات خفيفة الوزن، ربما 50 جرامًا، وأنك لا تبدو مثل دارث فيدر”. حققت Vuzix، الشركة الرائدة في مجال سماعات الواقع الافتراضي خفيفة الوزن، ذلك من خلال Ultralite، وهي منصة نموذجية تم الكشف عنها في عام 2023 تستخدم تقنية MicroLED لتوفير نظارات أنيقة ونحيفة تزن 38 جرامًا فقط.

لا يزال الواقع المعزز في حاجة إلى “لحظة الآيفون” – الظهور الأول لجهاز سهل الاستخدام يقدم فوائد لا تقاوم. إن العروض الأفضل ستجعل الواقع المعزز -إذا تم اعتماده على نطاق واسع- مشرقًا وحادًا ومقنعًا، والأهم من ذلك كله، ممتعًا للاستخدام.

ماثيو س. سميث هو صحفي مستقل في مجال التكنولوجيا مقيم في بورتلاند، أوريغون.