“Slimme brillen zijn de volgende AI-interface”

Tijdens de PIC Summit Europe legde Rutger Thijssen (Applied Materials) uit hoe het bedrijf zijn fotonica-knowhow buiten de fabriek toepast: door waveguides, metrologie en een productielijn in Singapore met GlobalFoundries te bouwen om echte AR-brillen voor miljoenen gebruikers op schaal te brengen.

De industrie heeft prachtige headsets gebouwd – Apple Vision Pro, Magic Leap 2 en andere – maar het zijn geen brillen. “Ze zitten boordevol technologie met verbazingwekkende mogelijkheden”, zei Rutger Thijssen van Applied Materials op het podium in Eindhoven, “maar het zijn geen dingen die je de hele dag draagt.” Volgens Applied zijn slimme brillen niet zomaar een ander draagbaar apparaat. “Ze zijn de volgende interface voor AI; de manier waarop AI met je communiceert en de manier waarop jij met AI communiceert. Maar eerst en vooral moeten het brillen zijn.”

Die benadering leidt tot een heel andere productdefinitie: apparaten die eruitzien en aanvoelen als een gewone bril, maar die kunnen zien wat jij ziet, de context begrijpen en informatie kunnen weergeven zonder vermoeidheid of sociale wrijving. Om dat te bereiken, moet het displaysysteem vrijwel onzichtbaar zijn. “We werken aan de waveguide, het deel waar je doorheen kijkt”, aldus Thijssen. “Als we ons werk goed doen, wordt die onzichtbaar.”

Van het maken van gereedschap naar het maken van wat mensen zien

De uitgangsstelling van Applied was eenvoudig: het bedrijf maakt al apparatuur om nanostructuren te bouwen die elektronen manipuleren. Dus: waarom zouden we diezelfde vaardigheid niet gebruiken om nanostructuren te bouwen die fotonen manipuleren? Dat leidde tot een strategische verschuiving: Applied gaat geen brillen verkopen en ook niet alleen de tools; het wil belangrijke AR-componenten leveren, met name SRG-waveguides (surface-relief grating) en de op maat gemaakte metrologie die de kwaliteit ervan op grote schaal garandeert.

Die verandering zet ook een lang gekoesterde aanname op zijn kop. Bij halfgeleiders zijn cosmetische defecten zelden van belang voor eindgebruikers. Bij brillen zijn ze fataal. “Plotseling worden cosmetische defecten cruciaal en komen ze op vreemde manieren naar voren”, merkte Thijssen op. Vandaar een nieuwe inspectielaag: naast CD-SEM's en defecttools bouwt Applied speciale optische metrologie om contrast, scherpte, kleuruniformiteit, oogglans en veldprestaties te meten: elke laag op elke wafer.

Hoe het beeld van de motor naar het oog komt

Thijssen leidde het publiek door een moderne SRG-combiner: drie roosters – input, propagatie/replicatie en output – creëren een stabiele eyebox en minimaliseren artefacten. De fysica is meedogenloos: dezelfde eigenschappen die rood onder een bepaalde hoek diffracteren, zullen dat ook met groen en blauw onder andere hoeken doen, en elke resterende structuur kan glinsteren in omgevingslicht. “Hoe beter de nanoschaaltechniek, hoe beter het apparaat”, zei hij.

De belangrijkste KPI is efficiëntie. Meer licht door de waveguide zorgt voor helderdere beelden of een langere levensduur van de batterij. Maar efficiëntie gaat ten koste van andere voor de gebruiker cruciale factoren: kleuruniformiteit, oogglans en vervorming van de buitenwereld.

Referentieontwerpen - en de lenzen die je niet ziet

Applied heeft samen met partners referentieontwerpen samengesteld: een hoogwaardige geëtste waveguide die is geoptimaliseerd in combinatie met een compacte lichtmotor, sensoren en geïntegreerde lenzen. Waarom extra lenzen? Waveguides projecteren vaak op “optische oneindigheid”, wat je hersenen als verkeerd waarnemen voor overlays in het nabije veld. “Je plaatst een kleine lens aan de voorkant om het beeld dichterbij te halen”, aldus Thijssen. “Dat vervormt de echte wereld, dus voeg je nog een lens toe om dat te corrigeren.” Deze volgorde maakt ook correctie van het voorschrift mogelijk zonder extra volume. Dit alles in een pakket van minder dan 50 gram.

In tegenstelling tot telefoons zijn brillen zeer persoonlijk: pupilafstand, gezichtsgeometrie en sterkte. Toch moet de industrie miljoenen onderdelen produceren met een herhaalbaarheid die vergelijkbaar is met die van halfgeleiders. Daarom bouwt Applied samen met GlobalFoundries een fabriek in Singapore. “Santa Clara is geweldig voor R&D”, grapte Thijssen, “maar niet voor volume.” De gereedschappen worden aangevoerd; het team is “langzaam aan het opstarten”.

Schaalvergroting is de moeilijkste culturele verandering. “R&D en proefproducties spreken één taal”, zei hij. “Grootschalige productie spreekt een andere taal.” Impliciete knowhow moet worden omgezet in robuuste draaiboeken: bewijs een recept in de ene kamer, breng het over naar een andere en repliceer het vervolgens over de hele wereld. “Dat navigeren is een enorme lijst van zeer praktische zaken waar je in het kantoor van de CTO niet altijd aan denkt.”

Als slimme brillen de belangrijkste interface voor ambient AI zijn, moeten ze opgaan in het dagelijks leven: comfortabel, stijlvol en de hele dag draagbaar. “Wij geloven dat brillen de manier zullen zijn waarop mensen AI ervaren”, concludeerde Thijssen. “Om dat mainstream te maken, hebben we waveguides nodig die je niet opmerkt, displays waarvan je vergeet dat ze er zijn, en fabrieken die ze met miljoenen tegelijk kunnen produceren, maar die toch op elk gezicht passen. Dat is het platform dat we aan het bouwen zijn.”