O Google Glass, um protótipo de fone de ouvido de realidade aumentada lançado em abril de 2013, tinha tudo para ser um sucesso. Ele prometia acesso intuitivo e sem o uso das mãos aos recursos mais importantes de um smartphone: gravação de vídeo, navegação e até mesmo e-mail. Esqueça as telas sensíveis ao toque e os botões: o futuro da Computação estava no seu rosto.
Foi um desastre.
Embora o conceito fosse bonito, o Glass era incômodo de usar e tinha dificuldades para fornecer uma imagem nítida e brilhante em ambientes externos. Depois veio a reação do “buraco de vidro”. O tamanho da tela facilitou a identificação dos usuários em meio à multidão e, em pelo menos duas ocasiões, levou a brigas físicas.
As implicações eram claras. A Realidade Aumentada (RA) com as mãos livres era divertida no papel, mas com o aumento das tensões sobre a influência das Big Techs, ela não conseguiu superar o estigma de fazer as pessoas parecerem figurantes em um filme cyberpunk.
Agora, mais de uma década depois, o futuro imaginado pelo Google — e muito mais — está prestes a se tornar realidade. Novas telas minúsculas, algumas pequenas o suficiente para caber na ponta do seu dedo, conterão micro-LEDs e micro-OLEDs (LEDs orgânicos). Eles estão prontos para oferecer uma onda de fones de ouvido que podem converter até mesmo os céticos mais fervorosos em relação à RA.
O Vision Pro da Apple, com lançamento previsto para 2024, liderará essa mudança, embora possa não abalar a estética cyberpunk. O headset totalmente fechado, que lembra vagamente os óculos de esqui, foi projetado para uma mistura de RA e realidade virtual (RV) que a Apple chama de “computação espacial”.
O Vision Pro evita alguns dos problemas enfrentados pelo Google Glass ao restringir o escopo do produto. A Apple espera que o fone de ouvido possa substituir um computador, um tablet e uma TV — embora apenas dentro dos limites de sua casa ou escritório.
A verdadeira inovação está na parte interna: um par de telas micro-OLED não maiores do que um selo postal que oferecem resolução 4K em uma tela de apenas 1,3 polegada quadrada. Cada tela contém mais de 11 milhões de pixels espaçados a apenas 6,3 micrômetros de distância — menos do que o diâmetro de um glóbulo vermelho humano.
É uma atualização espetacular. O Vision Pro da Apple, assim como o Meta Quest 3 e o HTC Vive XR Elite, usa câmeras para reproduzir o mundo externo em telas internas, uma técnica conhecida como realidade mista de passagem. Mas seus concorrentes usam telas de cristal líquido que não têm a nitidez necessária para reproduzir fielmente o mundo ao seu redor, portanto, tarefas que deveriam ser simples, como olhar um bilhete escrito à mão, podem ser difíceis.
“Acho que, no geral, eles conseguiram algo impressionante”, diz Anshel Sag, analista principal da Moor Insights & Strategy. “Esse é o headset que você constrói se quiser que as pessoas realmente entendam totalmente o potencial máximo da RA e da RV.” Sag acredita que os pixels individuais nas telas do Vision Pro serão invisíveis para a maioria das pessoas, “a menos que você tenha uma acuidade visual extremamente impressionante, como 20/10”.
Acredita-se que as telas com densidade de pixels do Vision Pro sejam o resultado de anos de trabalho do Grupo de Soluções em Semicondutores da Sony. As aventuras de micro-OLED da divisão foram originalmente focadas em visores digitais coloridos de alta resolução para câmeras como a Sony SLT-A77. O grupo também os criou para um dispositivo montado na cabeça, o HMZ-T1 Personal 3D Viewer, que a Sony lançou em 2011, apresentando-o como uma experiência semelhante à de um cinema para assistir a vídeos.
O fone de ouvido HMZ-T1 teve melhor desempenho com filmes 3D, que se provaram uma moda passageira. Mas a Sony não desistiu dos microOLEDs e, em 2018, anunciou uma tela microOLED de 0,5 polegada que reduziu a distância entre os pixels de 7,8 para 6,3 micrômetros (a mesma das telas maiores encontradas no Vision Pro), uma inovação possibilitada por um avanço que colocou o filtro de cores mais próximo do material orgânico emissor de luz do OLED. Com uma tela tão pequena, qualquer alteração sutil no ângulo da luz emitida pelos subpixels vermelho, azul e verde pode prejudicar o desempenho das cores. Mover o filtro de cores melhora o ângulo de visão de cada pixel, o que possibilita uma tela menor sem comprometer a qualidade da imagem.
Os microOLEDs se beneficiam de alguns dos pontos fortes tradicionais dos diodos emissores de luz feitos com filmes orgânicos. Cada pixel é autoemissivo, o que significa que seu brilho é zero quando está “desligado”. Os LCDs da maioria dos fones de ouvido não conseguem fazer isso e, como resultado, as cenas mais escuras têm um brilho cinza e nebuloso. E quando os micro-OLEDs estão ligados, eles estão ligados. As telas do Vision Pro são cotadas com um pico de brilho de 5.000 nits, a medida de brilho preferida do setor. É uma melhoria de 50 vezes em relação ao Quest 2 da Meta, que atinge apenas 100 nits. (A Meta não revelou o brilho do Quest 3, mas é provável que seja semelhante).
É provável que o Vision Pro acelere a adoção da tecnologia micro-OLED. Mas, apesar de seus muitos pontos fortes, esses OLEDs em miniatura ainda têm algumas deficiências. Michael Murray, CEO da Kopin, uma empresa de telas em Westborough, Massachusetts, observa que as telas microOLED são excelentes para imagens em movimento, como filmes, mas às vezes não são tão boas para texto estático – um motivo, segundo ele, pelo qual os fones de ouvido Meta’s Quest permaneceram com o LCD. Embora as telas de micro-OLED possam ser brilhantes, as moléculas orgânicas dentro delas podem se degradar com o tempo, um fenômeno conhecido como burn-in. O microOLED também não resolve totalmente os problemas de design do Google Glass: a tela é melhor, mas o fone de ouvido é ainda mais visível.
Felizmente, os micro-LEDs oferecem uma solução.
Verdadeiramente microscópico
Os displays micro-OLED e micro-LED diferem nos detalhes, mas sua produção tem grandes semelhanças. Ambos combinam um “backplane” de silício, que fornece estrutura e energia, com um “frontplane” de tela que cria luz visível. Cada um recebe o nome do tipo de painel frontal usado: uma camada de material orgânico que emite luz em resposta a uma corrente elétrica, no caso dos monitores micro-OLED, e uma matriz muito pequena de diodos eletrônicos feitos de semicondutores, no caso dos micro-LEDs.
A tecnologia de telas de micro-LED não está tão madura quanto a de micro-OLED, mas as possibilidades são atraentes. “O micro-LED é o melhor de todos os mundos”, diz Murray. “Ele tem a melhor qualidade de exibição, tem longevidade, não tem problemas de queima, tem alto brilho que você pode controlar… é para lá que o futuro está indo.”
A Mojo Vision, uma empresa de tecnologia de telas com sede em Saratoga, Califórnia, foi uma das primeiras empresas a perceber o potencial do LED em dispositivos minúsculos. Em 2020, ela causou impacto com uma lente de contato com um visor de RA flexível e transparente. Desde então, a empresa abandonou a lente de contato para se concentrar apenas na tela e, em 2023, a Mojo Vision demonstrou telas de micro-LED com impressionantes 28.000 pixels por polegada. Isso resulta em uma distância de pixel – a distância entre os centros de dois pixels adjacentes — de apenas 1,87 micrômetros, menor do que algumas bactérias e um terço do tamanho do que você encontrará no Apple Vision Pro.
A Mojo Vision espera ter um protótipo de micro-LED colorido pronto no início de 2024 / Cortesia Mojo
Essa densidade extrema de pixels é o resultado de uma mudança fundamental no design do micro-LED. As primeiras telas de micro-LED foram construídas com uma técnica chamada “transferência de massa”. Os LEDs vermelhos, azuis e verdes eram produzidos em wafers e transferidos um a um para um substrato de tela (uma técnica que ainda é usada para fazer telas maiores). Mas as pequenas matrizes de micro-LEDs, como as produzidas pela Mojo Vision, adotam uma abordagem monolítica: os micro-LEDs e o backplane de silício são unidos em um pipeline de produção como o usado para fabricar chips de computador de última geração.
Atualmente, a maioria dos displays de micro-LED monolíticos é monocromática, o que significa que eles exibem uma única cor (geralmente vermelho, azul ou verde). Mas as telas de micro-LED totalmente coloridas estão chegando. A Mojo Vision espera ter um protótipo de micro-LED colorido pronto no início de 2024, e um de seus concorrentes, a Jade Bird Displays, sediada em Xangai (geralmente chamada por suas iniciais, JBD), demonstrou um protótipo funcional de micro-LED colorido com uma distância de pixel de cinco micrômetros — maior do que a que a Mojo Vision espera alcançar, mas menor do que o Vision Pro da Apple.
O principal benefício de pixels menores e mais densos é a redução do tamanho da tela em qualquer resolução, o que, por sua vez, reduz o tamanho e o peso de um headset de AR. A série AmuLED monocromática da JBD, por exemplo, atinge a resolução de 640 x 480 em uma tela que uma formiga carpinteira poderia carregar nas costas – com espaço de sobra.
Os micro-LEDs também conquistam uma grande vitória em termos de brilho. A faixa vai de 1,8 milhão a 3 milhões de nits, diz Murray: “Isso literalmente arrancará a retina do seu olho e o deixará cego para o resto da vida”. Em comparação, as telas OLED mais brilhantes atingem atualmente um pico de cerca de 15.000 nits.
A possibilidade de danos permanentes aos olhos pode parecer uma vantagem estranha, mas não se preocupe — ninguém estará olhando diretamente para os micro-LEDs. Colocar uma tela diretamente na frente bloquearia a visão do usuário do mundo real, por isso muitos dispositivos de AR colocam a tela na lateral. Os guias de onda redirecionam a luz da tela deslocada para torná-la visível. Esse processo pode ser extremamente ineficiente, especialmente para óculos de AR modernos, como o Magic Leap 2 e o Vuzix Blade 2, que focalizam e redirecionam a luz por meio de vários guias de onda dispostos como espelhos em uma casa de diversões.
“[A eficiência] é algo em torno de 5% a 10%”, diz Michael Miller, líder de hardware de realidade aumentada da Niantic. “Se você tiver uma tela de 3.000 nits, obterá 300 nits. Você pode colocar uma lente escura sobre ela para poder usá-la em ambientes externos, mas não é bom o suficiente.”
As telas construídas com micro-LEDs devem ser capazes de passar por uma série de guias de onda e ainda ser brilhantes o suficiente para serem vistas em lentes transparentes que se parecem com as de prescrição médica.
Desempenho incrível, custo incrível
Os headsets com telas de última geração, como o Vision Pro, que será lançado em breve, superam o desempenho dos headsets de RV do mercado de massa. Eles também são mais caros: o Vision Pro será vendido no varejo por US$ 3.499.
As telas merecem parte da culpa.
Cada tela micro-OLED pode custar US$ 400 para ser fabricada, diz Murray. “Se você estiver construindo um Meta Quest, ou algo parecido, precisará de dois deles”, diz ele, “e seu custo final já é de US$ 800”.
O preço elevado associado a telas tão pequenas pode parecer estranho. Afinal de contas, as telas OLED são uma tecnologia madura encontrada em centenas de milhões de smartphones, tablets e televisores em todo o mundo. Os LEDs são ainda mais onipresentes: basta ligar um interruptor de luz próximo para ver um em ação. Essas são tecnologias bem compreendidas encontradas em muitos dispositivos econômicos.
O headset modelo CR3 da HMDmd foi projetado especificamente para cirurgiões. / Cortesia da HMDM
Como outros óculos de realidade aumentada, o Vuzix Blade 2 redireciona a luz da lateral para a frente por meio de vários guias de onda. / Cortesia da Vuzix
Nessa escala diminuta, no entanto, a construção de um monitor não é mais um trabalho para uma fábrica. Ela exige uma fundição – uma instalação especializada na fabricação de chips.
Os custos poderão diminuir à medida que os fabricantes passarem a construir as telas em pastilhas de silício maiores. As pastilhas maiores são mais caras, mas cada uma delas pode conter mais telas, o que reduz o custo de cada tela. Os fabricantes de microOLEDs estão em meio a uma mudança de pastilhas de oito polegadas para wafers de 12 polegadas, que é o padrão na fabricação de silício de ponta e de alto volume. A produção de micro-LED é menos madura, e algumas empresas dependem de pastilhas ineficientes de quatro polegadas.
Produzir telas utilizáveis com as densidades extremas de pixels que os micro-OLEDs e micro-LEDs podem alcançar é um desafio. O problema fundamental é um defeito que você provavelmente já presenciou mais de uma vez: o pixel “morto”. Um pixel morto exibe uma cor — geralmente um preto perfeito ou um branco brilhante e ofuscante — e se recusa a responder aos sinais da tela. Evitar esse defeito já é difícil para as telas de smartphones, em que os pixels podem estar separados por 500 micrômetros. Com os micro-LEDs monolíticos, as telas menores e mais densamente compactadas já produzidas, a menor falha no silício ou a menor lasca de detritos pode inutilizar uma tela.
“Aqui está a matemática assustadora”, diz Murray. “A quantidade de telas utilizáveis após o término do processo é provavelmente um décimo do silício utilizável com o qual você começou.” Em outras palavras, mais de 90% de uma pastilha de silício pode ser desperdiçada. Ainda assim, a empresa que produz os displays de micro-LED continua pagando por toda a pastilha, o que gera custos enormes para cada display.
Os pioneiros do micro-LED estão investindo em ferramentas e processos que reduzem as etapas envolvidas na produção. Isso é fundamental, pois quanto mais complexo for o processo de produção, maior será o risco de introdução de um defeito.
Soeren Steudel, CTO da Micledi, desenvolvedora belga de monitores, está muito concentrado nesse problema. A empresa fez uma parceria com a fabricante de semicondutores GlobalFoundries e planeja transferir a produção para lá para reduzir os custos. “O micro-LED ainda não é um produto maduro. Era um sonho louco há 10 anos, e agora as primeiras empresas têm demonstrações”, diz Steudel. “A questão agora é: como você pode fabricar isso em volume sem defeitos?”
A realidade aumentada finalmente se torna popular
A dificuldade de produzir telas de micro-OLED e micro-LED é alta, mas vale a pena resolver os problemas. Esses monitores podem tornar a RA um espaço virtual que as pessoas podem acessar de forma fácil e rápida em suas vidas diárias — não apenas porque os monitores parecem mais realistas, mas também porque monitores pequenos, finos e de alta qualidade dão aos engenheiros mais liberdade para personalizar a aparência de um headset.
O impacto dos micro-OLEDs já é evidente. A Kopin produz telas para o Modelo CR3 da HMDmd, um headset projetado para cirurgiões e projetos de defesa, como uma mira de AR para o tanque de batalha principal M1 Abrams. A XReal, outra pioneira em AR, lançou recentemente seu headset Air 2, que inclui telas micro-OLED da Sony.
As possibilidades para o futuro podem ser ainda mais dramáticas. O brilho extremo, o tamanho diminuto e o baixo consumo de energia das telas podem realizar o sonho de óculos de AR leves, atraentes e totalmente transparentes que não se destacam imediatamente dos óculos convencionais.
“As pessoas querem adotar a realidade aumentada para o consumidor. E realidade aumentada para o consumidor significa que você tem óculos leves, talvez 50 gramas, e que você não se parece com o Darth Vader”, diz Steudel. A Vuzix, líder em fones de ouvido de realidade virtual leves, conseguiu isso com o Ultralite, uma plataforma protótipo revelada em 2023 que usa tecnologia micro-LED para oferecer óculos finos e elegantes que pesam apenas 38 gramas.
A realidade aumentada ainda precisa de seu “momento iPhone” — o lançamento de um dispositivo fácil de usar que ofereça benefícios irresistíveis. Melhores telas tornarão a RA — se algum dia for amplamente adotada — brilhante, nítida, convincente e — o mais importante de tudo — agradável de usar.
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Matthew S. Smith é jornalista freelancer de tecnologia e mora em Portland, Oregon.
MIT Technology Review
