GoPro bogarak számára: A kutatók robotkamera hátizsákot készítenek a rovarok számára

Az "Ant-Man" című filmben a címszereplő mérete csökkenhet, és egy rovar hátán szárnyalva utazhat. Most a washingtoni egyetem kutatói kifejlesztettek egy apró, vezeték nélküli kormányozható kamerát, amely egy rovar fedélzetén is közlekedhet, így mindenki esélyt kap arra, hogy Ant-Man képet lásson a világról.

gopro

A kamera, amely 1–5 képkocka/másodperces sebességgel továbbítja a videót okostelefonra, egy 60 fokos elfordítású mechanikus karon ül. Ez lehetővé teszi a néző számára, hogy nagy felbontású, panorámás felvételt készítsen, vagy kövesse a mozgó tárgyat, miközben minimális energiát vesz igénybe. Ennek a mintegy 250 milligramm tömegű - a játékkártya egytizedének - sokoldalúságának bemutatására a csapat élő bogarak és rovar méretű robotok tetejére szerelte.

Az eredményeket július 15-én teszik közzé a Science Robotics c.

"Alacsony energiafogyasztású, kis tömegű, vezeték nélküli kamerarendszert hoztunk létre, amely képes rögzíteni a valós események első személyének megtekintését egy élő rovarról, vagy látásmódot hozhat létre a kis robotok számára" - mondta Shyam Gollakota, az UW egyetemi docense. a Paul G. Allen Számítástechnikai és Mérnöki Iskolában. "A látás olyan fontos a kommunikáció és a navigáció szempontjából, de rendkívül nehéz ilyen kicsiben elvégezni. Ennek eredményeként, munkánk előtt, vezeték nélküli látás nem volt lehetséges kis robotok vagy rovarok számára."

A tipikus kis kamerák, például az okostelefonokban használtak, nagy energiát használnak nagylátószögű, nagy felbontású fényképek készítéséhez, és ez nem működik a rovarok méretarányában. Míg maguk a kamerák könnyűek, a támogatásukhoz szükséges akkumulátorok miatt az egész rendszer túl nagy és nehéz ahhoz, hogy a rovarok - vagy rovarméretű robotok - körül tudjanak húzódni. Tehát a csapat leckét vett a biológiából.

"A kamerákhoz hasonlóan az állatok látása is sok energiát igényel" - mondta Sawyer Fuller társszerző, az UW gépészmérnöki adjunktusa. "Nagyobb lényeknél, mint például az embereknél, ez nem számít nagy gondnak, de a legyek pihenőenergiájuk 10-20% -át csak az agyuk energiájának felhasználására használják, amelynek nagy részét vizuális feldolgozásra fordítják. A költségek csökkentése érdekében egyes legyek összetett szemük kicsi, nagy felbontású régiója. Megfordítják a fejüket, hogy plusz tisztasággal irányítsanak oda, ahová látni akarnak, például a zsákmány vagy a pár társának üldözéséhez. Ez energiát takarít meg abban, hogy a teljes látómezejükön nagy felbontású legyen.

Az állatok látásának utánzásához a kutatók egy apró, rendkívül alacsony fogyasztású fekete-fehér fényképezőgépet használtak, amely egy látómezőt képes átsöpörni egy mechanikus kar segítségével. A kar akkor mozog, amikor a csapat nagy feszültséget alkalmaz, ami az anyag hajlítását és a kamera kívánt helyzetbe helyezését eredményezi. Hacsak a csapat nem alkalmaz nagyobb erőt, a kar körülbelül egy percig ebben a szögben marad, mielőtt visszaállna eredeti helyzetébe. Ez hasonló ahhoz, ahogyan az emberek csak rövid ideig tarthatják a fejüket egy irányba fordítva, mielőtt visszatérnek semlegesebb helyzetbe.

"A kamera mozgatásának egyik előnye, hogy széles látószögű képet kaphat arról, ami történik, hatalmas energiafogyasztás nélkül" - mondta Vikram Iyer társszerző, az UW villamos- és számítástechnikai doktorandusz hallgatója. "Nyomon követhetünk egy mozgó tárgyat anélkül, hogy energiát kellene fordítanunk egy egész robot mozgatására. Ezek a képek nagyobb felbontásúak is, mint ha széles látószögű lencsét használnánk, ami ugyanannyi pixelszámú képet hozna létre sokkal nagyobb területen. "

A kamerát és a karot okostelefonról Bluetooth-on keresztül lehet irányítani, akár 120 méteres távolságból, csak valamivel hosszabb ideig, mint egy focipálya.

A kutatók két különböző típusú bogár - egy halált színlelő bogár és egy Pinacate bogár - hátához erősítették kivehető rendszerüket. A kutatók szerint hasonló bogarak fél grammnál nehezebb rakományt képesek szállítani.

"Gondoskodtunk arról, hogy a bogarak továbbra is megfelelően mozoghassanak, amikor a rendszerünket hordozták" - mondta Ali Najafi társszerző, az UW villamos- és számítástechnikai doktorandusz hallgatója. "Szabadon tudtak haladni a kavicson, lejtőn felfelé, sőt fákra is mászhattak."

A bogarak a kísérlet vége után is legalább egy évig éltek.

"Hozzáadtunk egy kis gyorsulásmérőt a rendszerünkhöz, hogy felismerhessük, mikor mozog a bogár. Ezután csak képeket készít ez idő alatt" - mondta Iyer. "Ha a kamera csak folyamatosan sugároz e gyorsulásmérő nélkül, akkor az akkumulátor lemerülése előtt egy-két órát rögzíthetünk. A gyorsulásmérővel a bogár aktivitási szintjétől függően akár hat órán keresztül is rögzíthetünk."

A kutatók kamerarendszerükkel megtervezték a világ legkisebb földi, teljesítmény-autonóm, vezeték nélküli látást biztosító robotját is. Ez a rovar méretű robot a rezgéseket használja a mozgáshoz, és majdnem ugyanolyan energiát fogyaszt, mint az alacsony fogyasztású Bluetooth-rádiók működésének.

A csapat azonban megállapította, hogy a rezgések megrázták a kamerát, és torz képeket produkáltak. A kutatók úgy oldották meg ezt a kérdést, hogy a robotot pillanatnyilag leállították, lefényképezték, majd folytatták útját. Ezzel a stratégiával a rendszer továbbra is körülbelül 2-3 centimétert tudott mozogni másodpercenként - gyorsabban, mint bármely más apró robot, amely rezgéseket használ a mozgáshoz - és az akkumulátor élettartama körülbelül 90 perc volt.

Míg a csapat izgatott a könnyű és kis teljesítményű mobil kamerák lehetőségeiről, a kutatók elismerik, hogy ez a technológia új adatvédelmi kockázatokkal jár.

"Kutatóként határozottan úgy gondoljuk, hogy nagyon fontos a nyilvánosság elé terjeszteni a dolgokat, hogy az emberek tisztában legyenek a kockázatokkal, és hogy az emberek elkezdhessenek megoldásokat találni ezek kezelésére" - mondta Gollakota.

A kutatók szerint az alkalmazások a biológiától az új környezetek feltárásáig terjedhetnek. A csapat azt reméli, hogy a kamera jövőbeli verziói még kevesebb energiát igényelnek, és akkumulátormentesek, potenciálisan napelemesek.

"Ez az első alkalom, hogy egy bogár hátuljáról nézhetjük meg az első személyt, miközben körbejár. Nagyon sok kérdés merülhet fel, például hogyan reagál a bogár a különböző ingerekre, amelyeket lát a környezet?" - mondta Iyer. "Ugyanakkor a rovarok bejárhatják a sziklás környezetet, ami a robotok számára ilyen kihívást jelent. Ilyen léptékben tehát a robotok számára nagy kihívást jelent. Tehát ez a rendszer is segítségünkre lehet, ha a nehezen navigálható terekről láthatunk vagy gyűjthetünk mintákat."

Ezt a kutatást egy Microsoft ösztöndíj és a National Science Foundation finanszírozta.