Marco Angelici (na zdjęciu poniżej), dyrektor jednostki biznesowej "MEMS Micro Actuators" w strukturach firmy STMicroelectronics, uważa, że lata '20 XXI wieku będą dekadą, w której okulary rozszerzonej rzeczywistości zastąpią smartfony. Zarówno według niego, jak i ST, kluczowym czynnikiem technologicznym umożliwiającym przejście, będzie skanowanie wiązką laserową (LBS).
Marco Angelici
Według GSM Association pod koniec 2020 r. 5,27 miliarda ludzi — 67% światowej populacji — korzystało z usług mobilnych. Do 2025 r. przybędzie prawie pół miliarda nowych subskrybentów, co zwiększy całkowitą liczbę subskrybentów do ok. 5,7 miliarda, czyli 70% ludności świata. Zapewnienie wszystkim tym osobom dostępu do informacji w dowolnym miejscu i czasie jest niezbędne, ale wrażenia użytkownika smartfonów mają swoje ograniczenia.
"Widzimy spadek innowacyjności telefonów" - mówi Angelici. „Jesteśmy u progu kolejnej rewolucji w mobilnym interfejsie użytkownika", charakteryzującej się przejściem z telefonów komórkowych na inteligentne okulary. "Zamiast patrzeć na telefon podczas chodzenia, poruszając głową w górę i w dół, będziesz mógł oglądać otaczający cię świat, wchodzić w interakcje z ludźmi i uzyskiwać informacje bezpośrednio na poziomie oczu". Dostrzegając punkt przegięcia trendu, Angelici powiedział: "Rzeczywistość rozszerzona może być kolejną ważną platformą, a na dłuższą metę może zastąpić telefony komórkowe".
Pierwsze inteligentne okulary AR były odważną próbą bardziej płynnego wprowadzenia ludzi w erę informacji. Koncepcja Google Glass była genialna, ale zabrakło jej odpowiedniej realizacji. Wycenione na 1500 dolarów, dziwnie wyglądające okulary nie zapewniały odpowiednich wrażeń ani wartości, których oczekiwali użytkownicy.
Wyciągnięto wnioski z tych błędnych kroków, jak wskazuje Angelici. Całodzienne inteligentne okulary muszą być wygodne i modne, wspierać soczewki korekcyjne dla użytkowników w okularach, dostarczać krytycznych informacji dotyczących konkretnego zastosowania i być dostępne w rozsądnej cenie. Firma ST jest przekonana, że technologia LBS będzie kluczową technologią umożliwiającą tworzenie niewielkich inteligentnych okularów AR, które mogą spełnić wszystkie wymagania. W tym celu firma stworzyła cały ekosystem dla twórców technologii, dostawców i producentów, aby opracować urządzenie komunikacyjne dostosowane do potrzeb dzisiejszych klientów.
Budowanie ekosystemu
Decydującym czynnikiem dla każdego konsorcjum jest uzupełniająca się wiedza jego członków. W październiku 2020 roku, ST, Applied Materials, Dispelix, Mega1 i Osram uruchomiły konsorcjum LaSAR (Laser Scanning for Augmented Reality) w celu stworzenia ekosystemu, który umożliwi i przyspieszy projektowanie i produkcję urządzeń AR do noszenia, takich jak inteligentne okulary i zestawy nagłowne. zamontowane wyświetlacze. "Dzisiaj pracujemy razem, ucząc się od siebie nawzajem, szukając kompromisów w celu znalezienia najlepszej specyfikacji dla pełnego systemu" - powiedział Angelici - "Ostatecznym celem jest standaryzacja".
"Konsorcjum pracuje nad platformą z macierzą mikroluster MEMS firmy ST, kompaktowym źródłem oświetlenia firmy Osram oraz elementami falowodowymi firm Dispelix i Applied Materials. Mega1 odpowiada za zintegrowanie tych urządzeń w niewielki system optyczny. Po tym, jak IEEE Industry Standards and Technology Organization (ISTO) ogłosiło w marcu utworzenie konsorcjum LaSAR, otrzymała ona wnioski o członkostwo od 10 do 15 dodatkowych firm" - dodaje Angelici.
Pierwszym kamieniem milowym grupy jest opracowanie lekkich, kompaktowych, całodziennych i modnych okularów do masowej produkcji już w 2022 roku. Oczekiwania są wysokie, ponieważ partnerzy docelowo mają w planach parametry, takie jak waga poniżej 60 g, zużycie energii poniżej 500 mW i jasność powyżej 1000 nits. Toczy się jednak debata na temat pola widzenia, przyznaje Angelici. "Uważamy, że pole widzenia 30° jest więcej niż wystarczające do całodziennych okularów do noszenia. Nie musimy zakrywać boków, ponieważ nie będziemy bawić się w gry w tych okularach. Mówimy o otrzymywaniu wiadomości i infografik prosto przed nasze oczy". Twierdzi również, że dzięki LBS możliwe jest osiągnięcie pola widzenia do 100°, ale zawsze jest jakiś kompromis: "Im bardziej poszerzamy pole widzenia, tym więcej energii zużywa".
ST i Quanta Computer opracowują projekt optyczny, elektroniczny i fotoniczny, aby umożliwić masową produkcję inteligentnych okularów AR zgodnie z wymaganiami LaSAR. "Quanta włożyła dużo wysiłku w badania i rozwój i będą mieli pełną parę okularów opartych na naszej technologii skanowania wiązką laserową, w której osadzony zostanie procesor aplikacyjny, moduł łączności, czujniki, okulary i soczewki" - powiedział Angelici.
Optymalizacja mikroluster MEMS
ST ma bogate doświadczenie w projektowaniu, rozwoju i produkcji układów MEMS, z kompetencjami w zakresie technologii elektrostatycznych, elektromagnetycznych i piezoelektrycznych. Grupa zaczęła inwestować w mikrolusra MEMS już w 2009 roku i zintensyfikowała swoją działalność poprzez przejęcie w 2012 roku izraelskiego start-upu bTendo specjalizującego się w rozwiązaniach LBS. Od tego czasu firma nawiązała współpracę z Intelem, MicroVision, LeddarTech i North (obecnie część Google).
Mikrolusterka MEMS są używane w systemach LBS do wyświetlania obrazów w świetle widzialnym lub wzorów w podczerwieni. Działają na zasadzie odchylania wiązek laserowych emitowanych z diod laserowych w celu rzutowania obrazów na pole widzenia. Odchylenie wiązki odbywa się zazwyczaj za pomocą kombinacji dwóch luster obracających się na prostopadłych osiach.
Krytycy uważają, że LBS nie jest dojrzałą technologią, ale Angelici jest przekonany o jej wysokiej wartości i przedstawił jej zalety w zakresie jasności i energooszczędności. "Mamy latający punkt, co oznacza, że nie oświetlamy pełnej klatki, ale zamiast tego oświetlamy piksel po pikselu tam, gdzie potrzebna jest treść" - objaśnia - "Jeśli wyświetlamy czas na ekranie, mamy 95% czarnego ekranu i 5% białego i oświetlamy tylko tę ścieżkę. Nie musimy buforować pełnej klatki; możemy po prostu buforować linię, na której ma wylądować piksel".
Współpracując z twórcami aplikacji, ST może wizualizować, gdzie będzie wyświetlana treść i gdzie powinny znajdować się białe plamy. Następnie może zaprojektować komponenty, które szybciej wznawiają pracę po wyłączeniu zasilania i wyłączać lasery, aby zużywały zero energii, gdy piksel nie jest zapalony, jak twierdzi Angelici. W ciągu ostatnich kilku miesięcy ST potwierdziło swoje zaangażowanie w LBS poprzez strategiczne inicjatywy i partnerstwa. Oprócz LaSAR Alliance w celu opracowania aplikacji do okularów AR, ST i Intel pracowały nad mikrozwierciadłem MEMS do integracji z kamerą głębi RealSense LiDAR L515 firmy Intel. RealSense to kamera do pomiaru głębokości działająca na odległości do 10 metrów z bardzo dużym polem widzenia, a ST twierdzi, że mikrolusterko MEMS umożliwia ciągłe skanowanie laserowe w całym polu widzenia.
W międzyczasie, aby przyspieszyć przyjęcie piezoelektrycznych MEMS, firma ST stworzyła linię badawczo-rozwojową Lab-in-Fab we współpracy z singapurskim Instytutem Mikroelektroniki A*Star i japońskim producentem urządzeń próżniowych ULVAC. "W przypadku AR określiliśmy, że piezoelektryk jest najlepszym kompromisem pod względem wymiarów, zużycia energii i wydajności" - powiedział Angelici. "Teraz mamy w Singapurze linię do szybkiego prototypowania i uruchamiania systemów piezoelektrycznych, dzięki czemu nastąpi płynne przejście od prototypu do produkcji" - dodał.
ST współpracuje również z OQmented, spin-offem niemieckiego Instytutu Fraunhofera ds. Technologii Krzemowej od 2019 roku. Współpraca obejmuje rozwój rozwiązań LBS opartych na zwierciadłach MEMS. OQmented twierdzi, że jego wzór skanowania wykorzystujący figury Lissajous i technologia enkapsulacji próżniowej Bubble MEMS poprawiają rozdzielczość, redukują zużycie energii i rozmiar chipa, zapewniając jednocześnie długoterminową niezawodność hermetycznie zamkniętych mikroluster. Angelici skomentował: "To naprawdę 10-krotnie zmniejsze zużycie energii lustra MEMS, wystarczy umieścić je w próżni". OQmented dołączył do sojuszu LaSAR w maju.
Inicjowanie i planowanie
ST stworzyło coś, co nazywa kompleksową obsługą LBS. System nazwany MEMS ScanAR, składa się z luster MEMS, sterowników lusterek, driverów diod laserowych, pętli sterujących dla lusterek oraz optyki. Aby przyspieszyć cykl integracji, firma ST opracowała Star0, pierwszy projekt referencyjny dla inteligentnych okularów AR opartych na komponentach MEMS ScanAR, soczewce Dispelix i trójkolorowym module (RGB) firmy Osram. Następnie ST opracowało drugą generację, Star1, która odzwierciedla spostrzeżenia uzyskane od LaSAR, jak powiedział Angelici. Oparty na cienkowarstwowej technologii piezoelektrycznej, Star1 charakteryzuje się polem widzenia 65°, rozdzielczością 1280 × 720 pikseli i o 50% mniejszym zużyciem energii przy podobnym rozmiarze do Star0 (0,7 cm³). ST obecnie testuje Star1 dla kluczowych partnerów i spodziewa się, że zostanie on dostarczony w postaci próbek inżynieryjnych dla klientów w trzecim kwartale tego roku.
Star0 ma pobór mocy równy 1220 mW dla pełnego białego wyświetlacza i 742 mW dla punktu o jasności 10%. Star1 ma pobór mocy równy 781 mW przy całkowicie białym wyświetlaczu i zaledwie 312 mW przy przygaszonej do 10% białej plamce, informuje Angelici.
Firma ST zdefiniowała plan rozwoju dla procesu piezoelektrycznego i spodziewa się poprawy wydajności systemu o 50% w ciągu najbliższych kilku lat. W przypadku projektu o tej samej wydajności przewiduje zmniejszenie zużycia energii o 50% i zmniejszenie rozmiaru matrycy o 30%; w przypadku projektu o tym samym rozmiarze i poborze mocy przewiduje osiągnięcie rozdzielczości 1080p lub 90° FoV. "Bez zmiany czegokolwiek — po prostu pracując nad materiałem i procesem, co jest możliwe dzięki dużej inwestycji w Singapurze — możemy zapewnić skalowalność tej technologii" - powiedział Angelici. Zapytany, kiedy zostanie osiągnięty cel 50% sprawności poruszania zwierciadłami, Angelici powiedział, że "w latach 2023–2024 spodziewamy się, że rynek rzeczywistości rozszerzonej dla wszystkich urządzeń do noszenia zacznie realnie działać i do tego czasu technologia ta będzie dostępna".
Oczywiście grupa ta nie zajmuje się tylko opracowywaniem komponentów. "Naszym powołaniem są miliardy wyprodukowanych sztuk", jak powiedział Angelici, precyzując, że grupa może masowo produkować swoje lustra MEMS w swoich 8-calowych fabrykach w Mediolanie i Singapurze. "Korzystamy również z dwóch nowych fabryk dla driverów, więc jesteśmy gotowi do pracy z dużą ilością, gdy rozszerzona rzeczywistość zacznie być popularna na rynku".
Źródło: https://www.eetimes.eu/st-sees-ar-glasses-replacing-smartphones/
Cool? Ranking DIY
Fajnie się czyta te komentarze: