Във филма „Човек-мравка“ заглавният герой може да намалее по размер и да пътува, като се издига по гърба на насекомо. Сега изследователи от Университета във Вашингтон са разработили малка безжична управляема камера, която също може да се вози на борда на насекомо, като дава възможност на всички да видят гледка към света на Мравеца.

създават

Камерата, която предава видео към смартфон със скорост от 1 до 5 кадъра в секунда, е разположена на механично рамо, което може да се върти на 60 градуса. Това позволява на зрителя да заснеме панорамна снимка с висока разделителна способност или да проследи движещ се обект, като същевременно изразходва минимално количество енергия. За да демонстрира гъвкавостта на тази система, която тежи около 250 милиграма - около една десета от теглото на игрална карта - екипът я монтира върху живи бръмбари и роботи с размерите на насекоми.

Резултатите ще бъдат публикувани на 15 юли в Science Robotics.

„Създадохме система за безжична камера с ниска мощност и ниско тегло, която може да улови изглед от първо лице на случващото се от действително живо насекомо или да създаде визия за малки роботи“, каза старшият автор Шиам Голакота, доцент от UW в училището по компютърни науки и инженерство Paul G. Allen. "Визията е толкова важна за комуникацията и навигацията, но е изключително предизвикателно да се прави в толкова малък мащаб. В резултат на това преди нашата работа безжичното зрение не е било възможно за малки роботи или насекоми."

Типичните малки камери, като тези, използвани в смартфоните, използват много енергия, за да заснемат широкоъгълни снимки с висока разделителна способност и това не работи в мащаба на насекомите. Докато самите камери са леки, батериите, от които се нуждаят, за да ги поддържат, правят цялостната система твърде голяма и тежка, за да могат насекомите - или роботите с размерите на насекомите - да се придвижват. Така екипът взе урок от биологията.

„Подобно на камерите, зрението при животните изисква много енергия“, казва съавторът Сойер Фулър, асистент по механично инженерство в UW. "Това е по-малко голямо нещо при по-големи същества като хората, но мухите използват 10 до 20% от почиващата си енергия само за захранване на мозъка си, повечето от които са посветени на визуална обработка. За да се намали цената, някои мухи имат малка област с висока разделителна способност на сложните им очи. Те обръщат главите си, за да се насочат там, където искат да видят с допълнителна яснота, като например за преследване на плячка или партньор. Това спестява власт, за да има висока разделителна способност в цялото им зрително поле. "

За да имитират визията на животно, изследователите са използвали малка, свръхниска мощност, черно-бяла камера, която може да премине през зрителното поле с помощта на механична ръка. Ръката се движи, когато екипът прилага високо напрежение, което кара материала да се огъне и да премести камерата в желаното положение. Освен ако екипът не приложи повече сила, ръката остава под този ъгъл за около минута, преди да се отпусне обратно в първоначалното си положение. Това е подобно на начина, по който хората могат да държат главата си обърната в една посока само за кратък период от време, преди да се върнат в по-неутрална позиция.

„Едно от предимствата на възможността за преместване на камерата е, че можете да получите широкоъгълен поглед върху това, което се случва, без да консумирате огромно количество енергия“, казва съавторът Викрам Айер, докторант от UW по електротехника и компютърно инженерство. „Можем да проследим движещ се обект, без да се налага да изразходваме енергията за преместване на цял робот. Тези изображения също са с по-висока разделителна способност, отколкото ако използвахме широкоъгълен обектив, който би създал изображение със същия брой пиксели, разделени нагоре на много по-голяма площ. "

Камерата и ръката се управляват чрез Bluetooth от смартфон от разстояние до 120 метра, малко по-дълго от футболно игрище.

Изследователите прикрепили подвижната си система към гърбовете на два различни вида бръмбари - бръмбар, който се представя за смърт и бръмбар Пинакат. Известно е, че подобни бръмбари могат да носят товари, по-тежки от половин грам, казват изследователите.

„Уверихме се, че бръмбарите все още могат да се движат правилно, когато носят нашата система“, каза главният автор Али Наджафи, докторант от UW по електротехника и компютърно инженерство. "Те успяха да се придвижват свободно през чакъл, нагоре по склона и дори да се катерят по дървета."

Бръмбарите също са живели поне една година след края на експеримента.

"Добавихме малък акселерометър към нашата система, за да можем да откриваме кога се движи бръмбарът. Тогава той заснема само изображения през това време", каза Айер. "Ако камерата просто непрекъснато се излъчва без този акселерометър, бихме могли да запишем един до два часа преди батерията да изгасне. С акселерометъра можем да записваме в продължение на шест часа или повече, в зависимост от нивото на активност на бръмбара."

Изследователите също така използваха системата си от камери, за да проектират най-малкия наземен, автономно автономен робот в света с безжично виждане. Този робот с размер на насекомо използва вибрации за придвижване и консумира почти същата мощност, колкото Bluetooth радиостанциите с ниска мощност трябва да работят.

Екипът установи обаче, че вибрациите разтърсват камерата и създават изкривени изображения. Изследователите решиха този проблем, като накараха робота да спре за миг, да направи снимка и след това да продължи пътуването си. С тази стратегия системата все още можеше да се движи с около 2 до 3 сантиметра в секунда - по-бързо от всеки друг малък робот, който използва вибрации за движение - и имаше живот на батерията около 90 минути.

Докато екипът е развълнуван от потенциала за леки и нискомощни мобилни камери, изследователите признават, че тази технология идва с нов набор от рискове за поверителността.

„Като изследователи ние силно вярваме, че е наистина важно да поставим нещата в публичното пространство, така че хората да са наясно с рисковете и така хората да могат да започнат да измислят решения за тяхното решаване“, каза Голакота.

Приложенията могат да варират от биология до изследване на нови среди, казват изследователите. Екипът се надява, че бъдещите версии на камерата ще изискват още по-малко енергия и ще бъдат без батерии, потенциално със слънчева енергия.

"За първи път имаме изглед от първо лице от гърба на бръмбар, докато се разхожда. Има толкова много въпроси, които можете да проучите, например как бръмбарът реагира на различни стимули, които вижда в околната среда?" Каза Айер. "Но също така, насекомите могат да прекосяват скалиста среда, което е наистина предизвикателство за роботите в този мащаб. Така че тази система може също да ни помогне, като ни позволи да видим или съберем проби от труднодостъпни пространства."

Това изследване е финансирано от стипендия на Microsoft и Националната научна фондация.