0:00 / 0:00
Πίσω στο 2019, η Orion ομάδα προετοίμασε ένα σημαντικό demo για τον ιδρυτή και διευθύνοντα σύμβουλο της Meta Mark Zuckerberg, παρουσιάζοντας πιθανούς κυματοδηγούς για γυαλιά επαυξημένης πραγματικότητας-μια κομβική στιγμή κατά την οποία οι θεωρητικοί υπολογισμοί στο χαρτί έγιναν πραγματικότητα. Και ήταν μια επίδειξη που άλλαξε τα πάντα.
"Φορώντας τα γυαλιά με τους κυματοδηγούς από γυαλί και τις πολλαπλές πλάκες, ένιωθες σαν να ήσουν σε ντίσκο", θυμάται ο οπτικός επιστήμονας Pasqual Rivera. "Υπήρχαν ουράνια τόξα παντού και ήταν τόσο αποσπασματικό - δεν κοιτούσες καν το περιεχόμενο AR. Στη συνέχεια, φορούσες τα γυαλιά με καρβίδιο του πυριτίου κυματοδηγούς, και ήταν σαν να ήσουν στη συμφωνική ορχήστρα και να άκουγες ένα ήσυχο, κλασικό κομμάτι. Μπορούσες πραγματικά να δώσεις προσοχή στην πλήρη εμπειρία αυτού που φτιάχναμε. Αυτό άλλαξε εντελώς το παιχνίδι".
Ωστόσο, όσο ξεκάθαρη και αν φαίνεται σήμερα η επιλογή του καρβιδίου του πυριτίου ως υπόστρωμα, όταν ξεκινήσαμε για πρώτη φορά την ο δρόμος για τα γυαλιά AR πριν από μια δεκαετία, δεν ήταν τίποτα άλλο από αυτό.
"Το καρβίδιο του πυριτίου είναι κανονικά βαριά ντοπαρισμένο με άζωτο", λέει ο Rivera. "Είναι πράσινο, και αν γίνει αρκετά πυκνό, φαίνεται μαύρο. Δεν υπάρχει περίπτωση να φτιάξεις έναν οπτικό φακό από αυτό. Είναι ένα ηλεκτρονικό υλικό. Υπάρχει λόγος που έχει αυτό το χρώμα και οφείλεται στις ηλεκτρονικές του ιδιότητες".
"Το καρβίδιο του πυριτίου υπάρχει ως υλικό εδώ και πολύ καιρό", συμφωνεί ο Giuseppe Calafiore, επικεφαλής τεχνολογίας της AR Waveguides. "Η κύρια εφαρμογή του είναι τα ηλεκτρονικά υψηλής ισχύος. Πάρτε τα ηλεκτρικά οχήματα: Όλα τα ηλεκτρικά οχήματα απαιτούν ένα τσιπ - αλλά αυτό το τσιπ πρέπει επίσης να είναι ικανό για πολύ υψηλή ισχύ, να κινεί τους τροχούς και να οδηγεί αυτό το πράγμα. Αποδεικνύεται ότι δεν μπορείτε να το κάνετε αυτό με το κανονικό υπόστρωμα πυριτίου, με το οποίο κατασκευάζονται τα τσιπ που χρησιμοποιούμε στους υπολογιστές και τα ηλεκτρονικά μας. Χρειάζεσαι μια πλατφόρμα που σου επιτρέπει να περνάς υψηλά ρεύματα, υψηλή ισχύ, και αυτό το υλικό είναι το καρβίδιο του πυριτίου".
Μέχρι να αρχίσουν να αναθερμαίνονται οι συζητήσεις σχετικά με τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η αγορά αυτών των τσιπς υψηλής ισχύος δεν πλησίαζε σε τίποτα το μέγεθος της αγοράς τσιπς για καταναλωτικά ηλεκτρονικά προϊόντα. Το καρβίδιο του πυριτίου ήταν ανέκαθεν ακριβό και δεν υπήρχε μεγάλο κίνητρο για να μειωθεί το κόστος, διότι, για το μέγεθος του τσιπ που κατασκευάζεται για ένα αυτοκίνητο, η τιμή του υποστρώματος ήταν ανεκτή.
"Αλλά αποδεικνύεται ότι το καρβίδιο του πυριτίου έχει επίσης κάποιες από τις ιδιότητες που χρειαζόμαστε για κυματοδηγούς και οπτικά", λέει ο Calafiore. "Ο δείκτης διάθλασης είναι η βασική ιδιότητα που μας ενδιαφέρει. Και το καρβίδιο του πυριτίου έχει υψηλό δείκτη διάθλασης, πράγμα που σημαίνει ότι είναι ικανό να διοχετεύει και να εξάγει μεγάλη ποσότητα οπτικών δεδομένων. Μπορείτε να το φανταστείτε ως οπτικό εύρος ζώνης - όπως ακριβώς έχετε εύρος ζώνης για το διαδίκτυο και θέλετε να είναι αρκετά μεγάλο ώστε να μπορείτε να στέλνετε τεράστιες ποσότητες δεδομένων μέσω αυτού του καναλιού. Το ίδιο ισχύει και για τις οπτικές συσκευές".
Όσο υψηλότερος είναι ο δείκτης διάθλασης ενός υλικού, τόσο υψηλότερος είναι ο étendue, ώστε να μπορείτε να στέλνετε περισσότερα οπτικά δεδομένα μέσω αυτού του καναλιού.
"Το κανάλι στην περίπτωσή μας είναι ο κυματοδηγός μας και ένα μεγαλύτερο étendue μεταφράζεται σε μεγαλύτερο οπτικό πεδίο", εξηγεί ο Calafiore. "Όσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης διάθλασης ενός υλικού, τόσο μεγαλύτερο οπτικό πεδίο μπορεί να υποστηρίξει η οθόνη".
Ο δρόμος προς το σωστό δείκτη διάθλασης
Όταν ο Calafiore εντάχθηκε για πρώτη φορά στην τότε Oculus Research το 2016, το γυαλί με τον υψηλότερο δείκτη διάθλασης που είχε στη διάθεσή της η ομάδα ήταν 1,8, γεγονός που απαιτούσε τη στοίβαξη πολλαπλών πλακών για να επιτευχθεί το επιθυμητό οπτικό πεδίο. Πέρα από τα ανεπιθύμητα οπτικά τεχνουργήματα, η γραμμή συναρμολόγησης γινόταν όλο και πιο περίπλοκη, καθώς οι δύο πρώτοι κυματοδηγοί έπρεπε να ευθυγραμμιστούν τέλεια, και στη συνέχεια αυτή η στοίβα έπρεπε να ευθυγραμμιστεί τέλεια με έναν τρίτο κυματοδηγό.
"Όχι μόνο ήταν ακριβό, αλλά ήταν αμέσως προφανές ότι δεν μπορούσες να έχεις τρία κομμάτια γυαλιού ανά φακό σε ένα ζευγάρι γυαλιά", θυμάται ο Calafiore. "Ήταν πολύ βαριά και το πάχος ήταν απαγορευτικά μεγάλο και άσχημο - κανείς δεν θα το αγόραζε. Έτσι επιστρέψαμε στο σημείο μηδέν: προσπαθώντας να αυξήσουμε τον δείκτη διάθλασης του υποστρώματος για να μειώσουμε τον αριθμό των απαιτούμενων πλακών".
Το πρώτο υλικό που εξέτασε η ομάδα ήταν νιοβικό λίθιο, το οποίο έχει δείκτη διάθλασης περίπου 2,3, αρκετά υψηλότερο από το γυαλί που έχει δείκτη διάθλασης 1,8.
"Συνειδητοποιήσαμε ότι χρειαζόταν να στοιβάξουμε μόνο δύο πλάκες και ότι θα μπορούσαμε ίσως να τα καταφέρουμε και με μία πλάκα για να καλύψουμε το οπτικό πεδίο", λέει ο Calafiore. "Σχεδόν παράλληλα, αρχίσαμε να εξετάζουμε και άλλα υλικά - έτσι ανακαλύψαμε μαζί με τους προμηθευτές μας το 2019 ότι το καρβίδιο του πυριτίου, στην πιο καθαρή του μορφή, είναι στην πραγματικότητα πολύ διαφανές. Τυχαίνει επίσης να έχει τον υψηλότερο δείκτη διάθλασης που είναι γνωστός για οπτική εφαρμογή, ο οποίος είναι 2,7".
Αυτή είναι μια αύξηση 17,4% σε σχέση με το νιοβικό λίθιο και μια αύξηση 50% σε σχέση με το γυαλί, για όσους κρατούν το σκορ στο σπίτι.
"Με μερικές τροποποιήσεις στον ίδιο εξοπλισμό που ήδη χρησιμοποιούνταν στη βιομηχανία, ήταν δυνατό να παραχθεί διαφανές καρβίδιο του πυριτίου", λέει ο Calafiore. "Μπορούσες απλώς να αλλάξεις τη διαδικασία, να είσαι πολύ πιο προσεκτικός, και αντί να βελτιστοποιείς τις ηλεκτρονικές ιδιότητες, βελτιστοποιείς τις οπτικές ιδιότητες: διαφάνεια, ομοιομορφία του δείκτη διάθλασης κ.λπ.".
Το δυνητικό κόστος του συμβιβασμού
Εκείνη την εποχή, η ομάδα των Reality Labs ήταν η πρώτη που επιχείρησε να μετακινηθεί από αδιαφανείς γκοφρέτες καρβιδίου του πυριτίου σε διαφανείς. Και επειδή το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα από τα σκληρότερα γνωστά υλικά, ουσιαστικά απαιτεί διαμαντένια εργαλεία για την κοπή ή τη στίλβωση του. Ως αποτέλεσμα, το μη επαναλαμβανόμενο μηχανολογικό κόστος ήταν πολύ υψηλό, οπότε το υπόστρωμα που προέκυψε ήταν αρκετά ακριβό.
Παρόλο που υπάρχουν πιο αποδοτικές εναλλακτικές λύσεις, όπως συμβαίνει με κάθε τεχνολογία, η καθεμία έχει συμβιβασμούς. Και καθώς το οπτικό πεδίο αυξάνεται προς το κορυφαίο οπτικό πεδίο της Orion των περίπου 70 μοιρών, προκύπτουν νέα ζητήματα όπως εικόνες-φαντάσματα και ουράνια τόξα.
"Η εύρεση της βέλτιστης λύσης για μια οθόνη AR με ευρύ οπτικό πεδίο είναι γεμάτη με συμβιβασμούς μεταξύ απόδοσης και κόστους", εξηγεί ο διευθυντής Επιστημονικών Ερευνών Barry Silverstein. "Το κόστος μπορεί συχνά να μειωθεί, αλλά αν οι επιδόσεις δεν είναι ικανοποιητικές, το κόστος δεν θα έχει τελικά σημασία".
Οι εικόνες-φαντάσματα είναι σαν οπτική ηχώ της κύριας εικόνας που προβάλλεται στην οθόνη. Τα ουράνια τόξα είναι πολύχρωμες λωρίδες φωτός που δημιουργούνται όταν το φως του περιβάλλοντος αντανακλάται στον κυματοδηγό. "Ας πούμε ότι οδηγείτε τη νύχτα με κινούμενα φώτα αυτοκινήτων γύρω σας", λέει ο Silverstein. "Θα έχετε και εσείς ουράνια τόξα που κινούνται. Ή αν είστε στην παραλία παίζοντας βόλεϊ και ο ήλιος λάμπει, θα έχετε μια ουράνιο τόξο που κινείται μαζί σας και θα χάσετε τη βολή σας. Και μια από τις θαυματουργές ιδιότητες του καρβιδίου του πυριτίου είναι ότι ξεφορτώνεται αυτά τα ουράνια τόξα".
"Το άλλο πλεονέκτημα του καρβιδίου του πυριτίου που κανένα από τα άλλα υλικά δεν έχει είναι η θερμική αγωγιμότητα", προσθέτει ο Calafiore. "Το πλαστικό είναι ένας τρομερός μονωτής. Το γυαλί, το νιοβικό λίθιο, το ίδιο πράγμα. Πηγαίνετε στο καρβίδιο του πυριτίου και είναι διαφανές, μοιάζει με γυαλί, και μαντέψτε τι: Οδηγεί τη θερμότητα".
Έτσι, τον Ιούλιο του 2020, η ομάδα αποφάσισε ότι το καρβίδιο του πυριτίου ήταν η βέλτιστη επιλογή για τρεις βασικούς λόγους: Είχε καλύτερες οπτικές ιδιότητες και ήταν ελαφρύτερο από το γυαλί διπλής πλάκας.
Το μυστικό της λοξής χάραξης
Με το υλικό στο μυαλό, το επόμενο καρύδι που έπρεπε να σπάσει ήταν η κατασκευή των κυματοδηγών - και συγκεκριμένα, μια αντισυμβατική τεχνική πλέγματος που ονομάζεται λοξή χάραξη.
"Το πλέγμα είναι η νανοδομή που συνδέει και αποσυνδέει το φως από το φακό", εξηγεί ο Calafiore. "Και για να λειτουργήσει το καρβίδιο του πυριτίου, η σχάρα πρέπει να είναι λοξά χαραγμένη. Αντί να είναι κάθετη, θέλετε οι γραμμές του πλέγματος να έχουν διαγώνια κλίση".
"Ήμασταν οι πρώτοι που κάναμε λοξή χάραξη απευθείας στις συσκευές", λέει ο διευθυντής έρευνας Nihar Mohanty. "Όλος ο κλάδος βασιζόταν στο νανοαποτύπωμα, το οποίο δεν λειτουργεί για υποστρώματα με τόσο υψηλό δείκτη διάθλασης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο κανείς άλλος στον κόσμο δεν είχε σκεφτεί να κάνει καρβίδιο του πυριτίου".
Αλλά επειδή η λοξή χάραξη είναι μια ανώριμη τεχνολογία, οι περισσότεροι προμηθευτές και εργοστάσια τσιπ ημιαγωγών δεν διαθέτουν τα απαραίτητα εργαλεία.
"Το 2019, ο τότε διευθυντής μου, Matt Colburn, και εγώ δημιουργήσαμε τη δική μας εγκατάσταση, καθώς δεν υπήρχε τίποτα στον κόσμο που να μπορεί να παράγει κυματοδηγούς καρβιδίου πυριτίου με χάραξη και όπου θα μπορούσαμε να αποδείξουμε την τεχνολογία πέρα από την εργαστηριακή κλίμακα", εξηγεί ο Mohanty. "Ήταν μια τεράστια επένδυση και δημιουργήσαμε εκεί ολόκληρη τη γραμμή παραγωγής. Τα εργαλεία κατασκευάστηκαν κατά παραγγελία για εμάς από τους συνεργάτες μας και η διαδικασία αναπτύχθηκε εσωτερικά στη Meta, αν και τα συστήματά μας είναι ερευνητικού επιπέδου, επειδή δεν υπήρχαν συστήματα κατασκευαστικού επιπέδου εκεί έξω. Συνεργαστήκαμε με έναν κατασκευαστικό εταίρο για την ανάπτυξη εργαλείων και διαδικασιών λοξής χάραξης κατασκευαστικού επιπέδου. Και τώρα που δείξαμε τι είναι εφικτό με το καρβίδιο του πυριτίου, θέλουμε και άλλοι στον κλάδο να αρχίσουν να κατασκευάζουν τα δικά τους εργαλεία".
Όσο περισσότερες εταιρείες επενδύουν σε καρβίδιο πυριτίου οπτικής ποιότητας και αναπτύσσουν εξοπλισμό, τόσο ισχυρότερη θα γίνει η κατηγορία των καταναλωτικών γυαλιών AR.
Δεν κυνηγάμε πλέον ουράνια τόξα
Ενώ το το τεχνολογικό αναπόφευκτο είναι ένας μύθος, τα άστρα φαίνεται να ευθυγραμμίζονται υπέρ του καρβιδίου του πυριτίου. Και παρόλο που η ομάδα συνεχίζει να διερευνά εναλλακτικές λύσεις, υπάρχει μια ισχυρή αίσθηση ότι οι κατάλληλοι άνθρωποι έχουν συγκεντρωθεί την κατάλληλη στιγμή υπό τις κατάλληλες συνθήκες της αγοράς για να κατασκευάσουν γυαλιά AR χρησιμοποιώντας αυτό το υλικό.
"Η Orion απέδειξε ότι το καρβίδιο του πυριτίου είναι μια βιώσιμη επιλογή για γυαλιά AR", λέει ο Silverstein, "και τώρα βλέπουμε ενδιαφέρον σε όλη την αλυσίδα εφοδιασμού σε τρεις διαφορετικές ηπείρους, όπου επιδιώκουν έντονα αυτή την ευκαιρία. Το καρβίδιο του πυριτίου θα βγει κερδισμένο. Είναι απλώς θέμα χρόνου κατά τη γνώμη μου".
Και πολλά μπορούν να συμβούν σε αυτό το χρονικό διάστημα - όπως ο τρόπος με τον οποίο έχουν αλλάξει τα πράγματα από τότε που αναπτύξαμε τους πρώτους διαυγείς κρυστάλλους καρβιδίου του πυριτίου.
"Όλοι αυτοί οι κατασκευαστές καρβιδίου του πυριτίου είχαν αυξήσει μαζικά την προμήθεια ως απάντηση στην αναμενόμενη έκρηξη των ηλεκτρικών οχημάτων", σημειώνει ο Calafiore. "Αυτή τη στιγμή, υπάρχει μια πλεονάζουσα παραγωγική ικανότητα που δεν υπήρχε όταν κατασκευάζαμε το Orion. Έτσι, τώρα, επειδή η προσφορά είναι υψηλή και η ζήτηση χαμηλή, το κόστος του υποστρώματος έχει αρχίσει να μειώνεται".
"Οι προμηθευτές είναι πολύ ενθουσιασμένοι από τη νέα ευκαιρία κατασκευής καρβιδίου πυριτίου οπτικής ποιότητας - άλλωστε, κάθε φακός κυματοδηγού αντιπροσωπεύει μεγάλη ποσότητα υλικού σε σχέση με ένα ηλεκτρονικό τσιπ, και όλες οι υπάρχουσες δυνατότητές τους εφαρμόζονται σε αυτό το νέο χώρο", προσθέτει ο Silverstein. "Η πλήρωση του εργοστασίου σας είναι απαραίτητη και η κλιμάκωση του εργοστασίου σας είναι το όνειρο. Το μέγεθος του πλακιδίου έχει επίσης σημασία: Όσο μεγαλύτερη είναι η γκοφρέτα, τόσο χαμηλότερο είναι το κόστος - αλλά αυξάνεται και η πολυπλοκότητα της διαδικασίας. Τούτου λεχθέντος, έχουμε δει προμηθευτές να προχωρούν από τις γκοφρέτες των τεσσάρων ιντσών στις γκοφρέτες των οκτώ ιντσών και ορισμένοι εργάζονται σε πρόδρομες γκοφρέτες των 12 ιντσών, οι οποίες θα αποδώσουν εκθετικά περισσότερα ζευγάρια γυαλιών AR".
Αυτές οι εξελίξεις θα συμβάλουν στη συνέχιση της μείωσης του κόστους. Είναι ακόμη νωρίς, αλλά το μέλλον έρχεται στο προσκήνιο.
"Στην αρχή κάθε νέας τεχνολογικής επανάστασης, δοκιμάζεις ένα σωρό πράγματα", λέει ο Calafiore. "Κοιτάξτε την τηλεόραση: Ξεκινήσαμε με τους καθοδικούς σωλήνες, και στη συνέχεια περάσαμε στις τηλεοράσεις πλάσματος LED και τώρα στις microLED. Περάσαμε από πολλές διαφορετικές τεχνολογίες και αρχιτεκτονικές. Καθώς αναζητάτε μονοπάτια, πολλά μονοπάτια καταλήγουν στο πουθενά, αλλά υπάρχουν κάποια στα οποία επιστρέφετε συνεχώς ως τα πιο ελπιδοφόρα. Δεν είμαστε στο τέλος του δρόμου και δεν μπορούμε να τα καταφέρουμε μόνοι μας, αλλά το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα θαυματουργό υλικό που αξίζει την επένδυση".
"Ο κόσμος έχει ξυπνήσει τώρα", προσθέτει ο Silverstein. "Έχουμε δείξει με επιτυχία ότι το καρβίδιο του πυριτίου μπορεί να λυγίσει σε όλα τα ηλεκτρονικά και τα φωτονικά. Είναι ένα υλικό που θα μπορούσε να έχει μελλοντικές εφαρμογές στην κβαντική πληροφορική. Και βλέπουμε σημάδια ότι είναι δυνατόν να μειωθεί σημαντικά το κόστος. Μένει πολλή δουλειά να γίνει, αλλά η δυνητική υπεραξία εδώ είναι τεράστια".
Μάθετε περισσότερα για το καρβίδιο του πυριτίου στο Φάσμα φωτονικής.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον Orion, ανατρέξτε σε αυτές τις αναρτήσεις ιστολογίου:
EL 
EN 
BG 
CS 
ET 
HR 
HU 
LT 
LV 
FR 
NL 
PL 
PT 
RO 
SL 
SK