Optica Foundation Challenge: Photonik für AR/VR und IoT der nächsten Generation

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Die Optica Foundation hat detailliertere Informationen über die Forschung im Bereich der Informationstechnologie veröffentlicht.

• Die Photonik-Forschung zeigt das Potenzial für AR/VR und IoT der nächsten Generation auf.

• Die Challenge der Optica Foundation befähigt Forschungsteams, Lösungen für aufkommende Technologieprobleme von heute zu finden.

• Dabei zeichnet die Optica Foundation Nachwuchswissenschaftler mit außergewöhnlichen Ideen zur Nutzung der Photonik und zur Bewältigung globaler Herausforderungen aus.

Die Optica Foundation hat detailliertere Informationen über die Forschung im Bereich der Informationstechnologie veröffentlicht. Dabei werden zwei Konzepte im Rahmen der Optica Foundation Challenge 2023 gefördert. Die Forscher Zaijun Chen von der University of Southern California, USA, und Alejandro Velez-Zea von der Universidad de Antioquia, Kolumbien, haben beide neue Ansätze für den Daten- und Informationsfluss in verbraucherorientierten Technologien vorgeschlagen.

Optica Foundation Challenge: Zuschüsse für zwei Forschungsarbeiten

"Die zunehmende Nutzung intelligenter Verbrauchertechnologien sowie erweiterter und virtueller Realität führt zu einer Überlastung der Bandbreite und dem Wunsch nach besseren Erfahrungen", sagte Ulrike Woggon, Mitglied des Auswahlausschusses. "Dr. Chen und Dr. Velez-Zea stellen neuartige Möglichkeiten vor, um diese Probleme zu lösen, indem sie die Netzwerkbelastung verringern und nahtlosere Interaktionen und realistischere Umgebungen schaffen."

Beide Forschungsarbeiten werden durch einen Zuschuss der Optica Foundation in Höhe von 100'000 US-Dollar unterstützt. Chen und Velez-Zea nutzen diese Mittel, um ihre Arbeit auf folgende Weise voranzutreiben:

Intelligente optische Sensoren für das IoT

Zaijun Chen, University of Southern California, USA
Beschleunigung der optischen Kantenerkennung mit photonischem Deep Learning

Zusammenfassung

Die weltweiten Ausgaben für das Internet der Dinge (IoT) sollen in diesem Jahr 806 Milliarden US-Dollar erreichen. Das entspricht einem Anstieg von 10,6 Prozent gegenüber 2022, und zwar mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 10,4 % bis 2027. Die bestehenden optischen Sensornetzwerke weisen einen hohen Energieverbrauch, viel Datenverkehr sowie lange Latenzzeiten auf. Das jedoch wird den neuen Anforderungen nicht gerecht.

Die Arbeit von Zaijun Chen, University of Southern California, USA, zeigt nun, dass intelligente optische Sensoren, die optische neuronale Netzwerkprozessoren mit optischen Sensoren kombinieren, eine effizientere Lösung darstellen. Bei den heutigen Verfahren müssen optische Signale als Teil des Informationsflusses in den elektrische Signale umgewandelt werden. Chen schlägt daher einen neuartigen, intelligenten optischen Sensor vor, der optische Signale ohne Umwandlung erkennen und verarbeiten kann. Somit soll er den Energieverbrauch, die Latenzzeit, den Datenverkehr und den Platzbedarf des Sensors um Größenordnungen reduzieren.

Informationen effektiver verarbeiten

"Dies ist ein neues Forschungsgebiet", erklärte Chen. "Wir versuchen, Optik und Elektronik mit optischem maschinellem Lernen zu kombinieren, um Informationen effektiver und effizienter zu verarbeiten. Das ist ein einzigartiger Ansatz für ein bestehendes Problem."

In drei Monaten rechnet Chen damit, einen Prototyp des ersten intelligenten Sensorgeräts zum Testen bereit zu haben, und wird dann damit beginnen, es mit maschinellen Lernmodellen zu trainieren, die auf spezifische IoT-Bedürfnisse zugeschnitten sind.

Realistischere Holografie für AR/VR

Alejandro Velez-Zea, Universidad de Antioquia, Kolumbien
Mehrschichtige holografische Augmented Reality mit digitalen Mikrospiegelgeräten: Inhaltspipeline und Systemimplementierung

Zusammenfassung

Die Augmented Reality/Virtual Reality (AR/VR)-Landschaft hat einen rasanten Aufschwung erlebt. Eigenständige Headsets hatten zum Beispiel eine jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 57,5 Prozent. Bis 2027 wird der Markt zudem voraussichtlich 30,3 Millionen Einheiten weltweit erreichen. Doch mit der zunehmenden Verbreitung dieser Produkte werden auch die Nutzer anspruchsvoller und streben nach realistischeren Erfahrungen. Das treibt schließlich den technologischen Fortschritt voran.

Die Forschung von Alejandro Velez-Zea, Universidad de Antioquia, Kolumbien, zielt darauf ab, diese Nachfrage zu befriedigen. Heutzutage basieren Virtual-Reality-Headsets in erster Linie auf zwei flachen Bildern, die den Eindruck von 3D vermitteln. Das Gehirn weiß jedoch, dass es sich dabei nicht um ein wirklich realistisches Erlebnis handelt. Durch den Einsatz einer Reihe von Spiegeln, die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit drehen können, um die Richtung des einfallenden Lichts zu ändern, schlägt Velez-Zea ein umfassenderes, authentischeres Erlebnis vor. Mit Hilfe digitaler Mikrospiegelgeräte (DMD) werden Velez-Zea und sein Team eine moderne AR/VR-Umgebung schaffen, die weniger kostspielig ist als bestehende Angebote.

Erschwinglichere Augmented-Reality-Lösungen

"Ich bin sehr begeistert von der nächsten Revolution in der AR/VR-Technologie und davon, wie wir Informationen mit Hilfe von Licht darstellen, um die reale Welt zu zeigen", sagte Velez-Zea. "Unser Ziel ist es, eine neue Generation von viel erschwinglicheren Augmented-Reality-Lösungen zu ermöglichen."

Velez-Zea beabsichtigt, ein Prototypsystem zu entwickeln, um die Möglichkeiten der holografischen erweiterten Realität zu demonstrieren, aber diese Arbeit beginnt mit dem Testen von Algorithmen, um die Einschränkungen von DMDs zu verbessern. In sechs Monaten hoffen er und sein Team, einen Prototyp fertig zu stellen und sich dann auf Möglichkeiten zu konzentrieren, das Erlebnis zu optimieren und die Größe des Geräts zu verringern, um es leichter transportieren zu können.

Optica Foundation Challenge für Nachwuchswissenschaftler

Diese Forschungsinitiativen wurden durch die Zuschüsse der Optica Foundation Challenge ermöglicht. Dieser Wettbewerb wurde ins Leben gerufen, um Nachwuchswissenschaftler zum Querdenken anzuregen und Startkapital für die Erforschung von Hypothesen in den Bereichen Umwelt, Gesundheit und Information bereitzustellen. Jeder Empfänger erhielt 100'000 USD, um seine Ideen zu erforschen und Schritte zur Lösung kritischer globaler Probleme zu unternehmen. Die Empfänger haben mit der Arbeit an diesen Projekten begonnen und werden dann voraussichtlich in diesem Jahr 2024 erste Ergebnisse vorlegen.

Bild: Die Forschenden der Optica Foundation Challenge 2023, Alejandro Velez-Zea, Universidad de Antioquia, Kolumbien, und Zaijun Chen, University of Southern California, USA, schlugen beide neuartige Ansätze vor, um den Daten- und Informationsfluss in verbraucherorientierten Technologien zu regeln. Credit: Optica

Weitere Informationen finden Sie unter optica.org/Challenge.

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