Технология дополненной реальности (AR) всё активнее внедряется в повседневную жизнь — от образования и медицины до игр и развлечений. Однако основной недостаток современных AR-устройств — громоздкие и тяжёлые очки, которые неудобно носить долгое время. Прорывное достижение учёных из POSTECH может изменить эту ситуацию.

Одной из ключевых проблем на пути массового внедрения AR-очков был так называемый волновод — оптический элемент, который направляет виртуальное изображение непосредственно к глазу пользователя. Из-за хроматической дисперсии традиционные конструкции требовали отдельные слои волновода для красного, зелёного и синего цветов, что приводило к необходимости укладывать три-шесть стеклянных пластин друг на друга и, соответственно, увеличивало вес и толщину устройства.

Профессор Джунсук Ро и его коллеги из POSTECH решили эту задачу, создав ахроматическую метарешётку, способную работать со всеми цветами в одном единственном слое стекла. Ключевой элемент — массив наностолбиков из нитрида кремния (Si₃N₄), чья форма была оптимизирована с помощью стохастического алгоритма топологической оптимизации для максимально эффективного управления светом.

В ходе экспериментов исследователи получили яркие полноцветные изображения, используя волновод толщиной всего 500 микрон — это примерно в сто раз тоньше человеческого волоса. Кроме того, им удалось обеспечить комфортную зону обзора (eyebox) шириной 9 мм, благодаря чему изображение остаётся чётким даже при незначительном смещении глаза пользователя.

Новая конструкция устраняет цветовые искажения и превосходит традиционные многослойные системы по яркости и равномерности цвета. После внедрения эта технология позволит создать AR-очки, по толщине и весу сравнимые с обычными очками, что снизит усталость при ношении и упростит производство за счёт уменьшения числа компонентов. Таким образом, массовое использование AR становится ближе к реальности.

«Это важный шаг к созданию AR-дисплеев нового поколения», — отмечает профессор Ро. «В сочетании с возможностью масштабного производства эта технология приближает коммерциализацию AR-очков».

Исследование проведено под руководством профессора Джунсука Ро (POSTECH) в сотрудничестве с Seokwoo Kim, Joohoon Kim и Seokil Moon. Работа выполнена на факультетах механической, химической и электротехнической инженерии POSTECH, а также Высшей школе междисциплинарной бионауки и биоинженерии при поддержке Visual Team компании Samsung Research. Статья опубликована онлайн 30 апреля 2025 года в журнале Nature Nanotechnology. Исследование финансировалось компаниями POSCO Holdings N.EX.T Impact, Samsung Research, проектом Alchemist Министерства торговли, промышленности и энергетики, программой поддержки глобальных конвергентных исследований Министерства науки и ИКТ, а также программой поддержки исследователей среднего звена.