Hiệu năng năng lượng của smartphone đã cải thiện mạnh trong những năm gần đây nhờ tiến bộ về xử lý, kết nối không dây và hiệu suất màn hình. Đồng thời, xu hướng màn hình điện thoại lớn hơn cũng tạo thêm không gian cho pin dung lượng cao. Bản thân công nghệ pin không nhất thiết tiến bộ tương ứng; phần lớn cải thiện thực tế đến từ tối ưu ở cấp hệ thống.
iPhone 4 dùng pin lithium-ion 1.420 mAh, trong khi iPhone 14 Pro Max có pin 4.323 mAh — dung lượng tăng hơn ba lần. Đây là xu hướng khá điển hình ở thiết bị di động, nơi thời lượng pin là yêu cầu quan trọng của người dùng.
Tương tự, thiết bị đeo cổ tay cũng tăng từ dưới 24 giờ lên nhiều ngày sử dụng. Những cải thiện này đến từ tối ưu xử lý, kết nối không dây, màn hình, quản lý điện động và cả form factor lớn hơn cho phép pin dung lượng cao hơn, như Apple Watch Ultra.
Ngày nay, khi nhiều nhà cung cấp công nghệ hướng tới AR có mức tiêu thụ cao hơn, các nhà thiết kế và kỹ sư không thể kỳ vọng người dùng cá nhân hay công nghiệp chấp nhận thiết bị lớn và nặng hơn chỉ để chứa pin lớn. Mệt mỏi, áp lực tại điểm tiếp xúc và trọng lượng tăng đều dẫn đến tỷ lệ sử dụng thấp và mức chấp nhận sản phẩm kém. Điều này đặc biệt quan trọng trong các hoạt động di chuyển nhiều. Trong một thế giới ngày càng linh hoạt, công nghệ nào hạn chế khả năng vận động sẽ dễ bị xem là sản phẩm trình diễn hơn là một tiêu chuẩn có thể phổ cập.
Trước hết, kính thông minh AR cần một dạng màn hình, ít nhất kèm bộ xử lý, pin và phương thức kết nối, nhiều khả năng thông qua chipset không dây.
Về chức năng, màn hình AR phải rõ và đủ sáng để dùng dưới ánh sáng ban ngày, đồng thời toàn bộ thiết bị phải đủ nhẹ để sử dụng thường xuyên cùng smartphone hoặc smartwatch. Nghiên cứu nội bộ của chúng tôi cho thấy dù có thể biến một thiết bị di động thành kính, mức 100 g, 75 g hay thậm chí 50 g vẫn không đủ nhẹ cho việc đeo cả ngày. Thiết bị cố gắng tích hợp quá nhiều tính năng và tự chủ hoàn toàn sẽ phải trả giá bằng trọng lượng, khiến chúng chỉ phù hợp sử dụng gián đoạn — một lựa chọn thiết kế tự làm giảm giá trị sản phẩm.
Vì vậy, hai thuộc tính quan trọng nhất để AR được chấp nhận rộng rãi là thời lượng pin dài và trọng lượng nhẹ. Đáng tiếc, hai mục tiêu này lại đối nghịch trực tiếp.
Thời lượng pin dài, hay “tính tự chủ”, gắn liền với khả năng dùng cả ngày. Về sự tiện lợi, kính thông minh nên có mức sử dụng tương tự smartphone hoặc smartwatch, tức chỉ cần sạc một lần mỗi ngày hoặc ít hơn. Nhiều nhà cung cấp trước đây đã nhận ra rằng thiết bị có thời lượng pin kém thường bị bỏ dùng chỉ vì bất tiện. Nếu AR là biên giới công nghệ tiếp theo, thời lượng pin phải đáp ứng hoặc vượt kỳ vọng mà smartphone, smartwatch và thiết bị đeo như tai nghe đã tạo ra.
Trọng lượng thấp là điều thiết yếu cho việc đeo cả ngày hoặc nhiều lần trong thời gian dài. Nếu kính AR bổ trợ cho smartphone hoặc smartwatch, nó phải đủ thoải mái để đeo liên tục hoặc thường xuyên trong ngày, tương tự đồng hồ hay tai nghe.
Các nghiên cứu độc lập cho thấy kính cần nặng 40 g hoặc thấp hơn để đạt mức chấp nhận cao của người dùng (Độ thoải mái khi đeo và cảm nhận trọng lượng của kính thông minh, YM Kim, 2021). Ngưỡng 40 g đặt ra bài toán rất cụ thể: làm thế nào tích hợp đầy đủ bộ xử lý, màn hình, pin và chipset không dây dưới 40 g khi nhiều mẫu kính “thông thường” không có công nghệ đã nặng 30–40 g?
Một yêu cầu riêng khác của kính AR là màn hình phải nhìn rõ dưới ánh sáng ban ngày. Tuy nhiên, độ sáng càng cao thì tiêu thụ điện càng lớn. Vì vậy nhiều sản phẩm AR từng xuất hiện phải dùng pin dung lượng cao nhưng chỉ hoạt động vài giờ, hoặc chuyển nguồn điện ra khỏi khuôn mặt bằng dây nối tới nguồn ngoài, để đáp ứng nhu cầu năng lượng này.
Mục tiêu không nhất thiết là tạo màn hình sáng nhất có thể, mà là màn hình hoạt động tốt trong nhiều điều kiện mà không gây tác dụng phụ như lưu ảnh võng mạc, gây xao nhãng hoặc cản trở tầm nhìn tự nhiên.
Cuối cùng, kiểu dáng là yếu tố thiết yếu. Các nhà cung cấp và khách hàng AR đều hiểu tầm quan trọng của thiết kế, như Apple, Samsung và nhiều thương hiệu dẫn đầu đã chứng minh. Tuy nhiên kính AR là lãnh địa mới. Các hãng kính truyền thống không nhất thiết là chuẩn tham chiếu hoàn hảo: thời trang không có quy tắc cứng và kính mắt là một phần của ngành thời trang. Một thiết kế có thể táo bạo, nổi bật và nặng mà vẫn thành công, trong khi mẫu khác dùng vật liệu tiên tiến để nhẹ hơn. Nhưng kính AR không thể đồng thời chấp nhận cả rủi ro thời trang lẫn công nghệ trong khi vẫn chịu giới hạn về trọng lượng. Vì vậy, các thành phần công nghệ phải càng nhẹ, nhỏ và kín đáo càng tốt để dễ tích hợp vào kiểu kính quen thuộc và được người dùng chấp nhận.
Có thể thấy Meta áp dụng phần nào nguyên tắc này với Stories khi đặt gói công nghệ trong gọng Ray-Ban — thiết kế mang tính biểu tượng, thời trang và có đủ thể tích để giấu linh kiện. Trong trường hợp Stories, thiết bị có camera, bộ xử lý, pin và chipset không dây nhưng không có màn hình.
Chúng ta đã thấy phản ứng tiêu cực với cách thiết kế khiến AR trông như “cyborg”, “khoa học viễn tưởng”, “quân sự” hay “game thủ”. Ngược lại, để được phổ cập, kính AR phải gần với kính “bình thường” nhất có thể và công nghệ AR phải dễ dàng tích hợp vào các kiểu dáng hiện hữu.
Kính AR yêu cầu người dùng thử một điều mới và thay đổi hành vi. Thay đổi hành vi có lẽ là một trong những rào cản lớn nhất khi công nghệ mới được phổ cập. Do đó, bất kỳ cách nào giúp giảm rào cản này đều mang lại lợi ích rõ rệt về mức chấp nhận thị trường.
Ngoài yêu cầu chung về sở thích người dùng, có những trường hợp trọng lượng thấp là điều bắt buộc. Không ngẫu nhiên khi nhiều trường hợp đó cũng hưởng lợi từ dữ liệu bên ngoài theo thời gian thực.
Hãy xem xét chạy bộ. Vận động viên ngày càng phụ thuộc vào thiết bị để theo dõi nhiều chỉ số: tốc độ, pace, nhịp tim, công suất... Với marathon, một pacer ảo hay “ghost runner” có thể tạo lợi thế chiến thuật rõ rệt. Eliud Kipchoge, người giữ kỷ lục và là người đầu tiên chạy marathon dưới 2 giờ trong điều kiện đặc biệt, từng sử dụng hệ thống pacer laser trong quá trình tập luyện và lập thành tích; các giải marathon lớn cũng thường có pacer chính thức. Quản lý pace, hay rộng hơn là mức nỗ lực, là chiến lược chủ đạo trong nhiều môn sức bền. Nhịp tim và công suất theo thời gian thực cũng giúp kiểm soát nỗ lực trong thi đấu.
Điểm then chốt là theo dõi liên tục trong lúc hoạt động. Dùng một cặp kính nặng trong marathon không thực tế và cũng không mang lại lợi thế. Người chạy cần trọng lượng thấp nhất có thể để tránh kính “nảy” khi di chuyển, đồng thời duy trì ổn định và thoải mái trong thời gian dài. Khi dữ liệu được chiếu nhẹ nhàng vào tầm nhìn tự nhiên, lợi ích trở nên rõ ràng: mắt vẫn hướng về đường chạy, tăng nhận thức tình huống và an toàn; không cần phá nhịp chạy hoặc thay đổi tư thế để nhìn màn hình cổ tay; giảm phụ thuộc vào thiết bị; và dữ liệu có thể liếc nhanh trực quan tạo ra trải nghiệm tập luyện ít ma sát nhất.
Những lợi ích này góp phần vào cải thiện hiệu suất có thể đo được trong một cuộc marathon. Nếu không đạt trọng lượng đủ nhẹ, AR rất khó mang lại giá trị thực sự cho nhóm vận động viên.
Các trường hợp “thông tin thời gian thực chỉ bằng một cái liếc” có lợi gồm chạy bộ, đạp xe, ba môn phối hợp, trượt tuyết Bắc Âu và bơi — những hoạt động phụ thuộc vào quản lý pace, công suất, nhịp tim... Ở đây, nhẹ không chỉ là ưu tiên mà là yêu cầu. Từ đó còn mở rộng tới dù kéo, kiteboarding, kho vận, giao nhận, an ninh và nhiều ứng dụng cần hoạt động cả ngày.
Khi đã giảm trọng lượng để đạt sự thoải mái, việc sử dụng kéo dài chỉ khả thi nếu pin đáp ứng nhu cầu. Điều này đúng với ultra-runner cần đeo cả ngày lẫn ứng dụng công nghiệp cần vận hành ít nhất một ca 8 giờ tiêu chuẩn.
Theo nghĩa đó, ultra-runner, nhân viên kho, tài xế giao hàng và nhiều nhóm khác đều đòi hỏi sự thoải mái và tính tự chủ phù hợp với hoạt động. Dù AR sẽ được triển khai trong nhiều tình huống tiêu dùng và công nghiệp khác nhau, nhiều ứng dụng có chung một yêu cầu tối thiểu: thời lượng pin lớn hơn nhiều so với chỉ vài giờ.
Nói đơn giản, để AR được phổ cập rộng rãi, thiết bị cần thời lượng pin “cả ngày”.
Trong hầu hết thiết bị, pin là một trong những thành phần nặng nhất, nếu không phải nặng nhất. Trên smartphone và tablet, khối lượng này dễ quản lý hơn khi form factor lớn; nhưng với thiết bị nhỏ như đồng hồ hay tai nghe, không gian dành cho pin bị giới hạn. Ràng buộc này đặc biệt rõ ở kính AR, nơi trọng lượng dưới 40 g và yếu tố thời trang đều quan trọng.
Khi pin lớn hơn, vỏ chứa pin cũng phải lớn hơn, tạo ra một dạng “phạt kép” về trọng lượng.
Phân bố trọng lượng các thành phần trong kính AR điển hình cho thấy gần như không có chỗ để thỏa hiệp nếu muốn đáp ứng yêu cầu chức năng và công thái học. Do đó, trọng lượng pin không thể vượt quá vài gram, nhất là với mục tiêu dùng cả ngày hoặc hiệu năng cao.
Để giữ kính thông minh AR trong giới hạn công thái học khoảng 40 g, nhà thiết kế hệ thống phải xem kỹ mức tiêu thụ của từng thành phần và đặt mục tiêu tổng khoảng 10–30 mW.
Những hàm ý thiết kế quan trọng nhất gồm:
· Dùng CPU tiêu thụ thấp (5–10 mW): điều này gợi ý nên chuyển phần xử lý sang thiết bị đồng hành như smartphone hoặc smartwatch.
· Giảm lưu lượng radio (BLE tiêu thụ khoảng 15 mW): ưu tiên chiến lược truyền lượng dữ liệu tối thiểu thay vì streaming toàn tốc.
· Dùng màn hình tiêu thụ thấp; công nghệ hiển thị ảnh hưởng rất lớn tới tổng công suất hệ thống, ví dụ: µOLED tiết kiệm điện 1–5 mW; µOLED/µLED tiêu chuẩn 50–100 mW (hoặc hơn với µLED màu); quét laser >300 mW.
Tại MICROOLED, chúng tôi đã phát triển các màn hình và mô-đun AMOLED gần mắt tiên tiến cho nhiều loại sản phẩm trong nhiều thập kỷ. Chúng tôi là những kỹ sư và cũng là những người giải quyết vấn đề, tiếp cận từng bài toán bằng các công cụ quen thuộc nhất: vật lý, khoa học và dữ kiện.
Chúng tôi đặc biệt quan tâm tới hàng loạt vấn đề mà các công ty công nghệ gặp phải khi cố gắng đưa một giải pháp kính AR hữu ích và dễ dùng ra thị trường. Khi phân tích những rào cản ngăn lĩnh vực này được phổ cập, chúng tôi có thể xác định các vấn đề cốt lõi và tách chúng khỏi vấn đề thứ yếu.
Trong khi chưa có bước đột phá lớn về công nghệ pin với mật độ năng lượng cao hơn ở thể tích tương đương, các nhà cung cấp AR cần nhìn xa hơn những phương pháp quản lý điện quen thuộc của thiết bị đeo hiện tại.
Trong tương lai gần, quay lại với những thiết kế tinh gọn và hiệu quả cao có thể là cách duy nhất để đồng thời đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và kỳ vọng người dùng.
Như phân tích ở trên, kết hợp màn hình µOLED hiệu suất cao với xử lý và kết nối tối giản có thể đưa tổng công suất hệ thống xuống dưới 30 mW.
Công nghệ màn hình MicroOLED và nền tảng mở ActiveLook đã tạo ra giải pháp với hiệu suất cao, thời lượng pin tới 12 giờ trong một thiết bị hiển thị đeo được có tổng trọng lượng chỉ 36 g.
Đây là một trong những giải pháp AR nhẹ nhất với thời lượng pin rất dài hiện nay, đồng thời là giải pháp phù hợp cho thể thao sức bền.
