Böcekler için GoPro

“Karınca-Adam” filminde, başlık karakteri küçülüp bir böceğin arkasında süzülerek seyahat edebilir. Şimdi Washington Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, bir böceğe de binebilen ve herkese dünyaya bir Ant-Man görüşü görme fırsatı veren küçük bir kablosuz yönlendirilebilir kamera geliştirdiler.

Saniyede 1 ila 5 kare hızında bir akıllı telefona video akışı sağlayan kamera, 60 derece dönebilen mekanik bir kol üzerine oturur. Bu, izleyicinin minimum miktarda enerji harcarken yüksek çözünürlüklü, panoramik bir çekim yapmasını veya hareketli bir nesneyi izlemesini sağlar. Ekip, yaklaşık 250 miligram ağırlığında olan bir oyun kartının ağırlığının onda biri kadar olan bu çok yönlülüğünü göstermek için ekip onu canlı böceklerin ve böcek büyüklüğündeki robotların üzerine monte etti.

Sonuçlar 15 Temmuz’da Science Robotics’te yayınlanacak .

Bir UW doçent profesörü olan kıdemli yazar Shyam Gollakota, ” Gerçek bir canlı böcekten neler olduğuna dair birinci şahıs görüşünü yakalayabilen veya küçük robotlar için vizyon yaratabilen düşük güçlü, düşük ağırlıklı, kablosuz bir kamera sistemi oluşturduk. ” Dedi. Paul G. Allen Bilgisayar Bilimi ve Mühendisliği Okulu. “Vizyon iletişim ve navigasyon için çok önemlidir, ancak bunu bu kadar küçük bir ölçekte yapmak son derece zordur. Sonuç olarak, çalışmalarımızdan önce küçük robotlar veya böcekler için kablosuz görme mümkün olmamıştır.”

Akıllı telefonlarda kullanılanlar gibi tipik küçük kameralar, geniş açılı, yüksek çözünürlüklü fotoğraflar çekmek için çok fazla güç kullanır ve bu, böcek ölçeğinde çalışmaz. Kameraların kendileri hafif olsa da, onları desteklemek için ihtiyaç duydukları piller, genel sistemi böcekler veya böcek boyutlu robotlar için çok büyük ve ağır hale getiriyor. Böylece takım biyolojiden bir ders aldı.

UW makine mühendisliği yardımcısı profesörü yardımcı yazar Sawyer Fuller, “Kameralara benzer şekilde, hayvanlarda görme çok fazla güç gerektirir.” Dedi. “İnsanlar gibi daha büyük yaratıklarda daha az önemli olmakla birlikte, sinekler dinlenme enerjilerinin% 10 ila 20’sini sadece beyinlerine güç vermek için kullanıyorlar, bunların çoğu görsel işlemeye ayrılıyor. Maliyeti düşürmek için bazı sinekler Bileşik gözlerinin küçük, yüksek çözünürlüklü bölgesi. Avlarını veya bir eşi kovalamak gibi başlarını görmek istedikleri yere daha net bir şekilde yönlendirmek için başlarını döndürüyorlar.

Elektrik ve bilgisayar mühendisliği bölümünden Washington Üniversitesi’nde doktora öğrencisi olan ortak yazar Vikram Iyer, kamera sistemini Pinacate böceğine ekliyor. Kredi bilgileri: Mark Stone / Washington Üniversitesi

Bir hayvanın vizyonunu taklit etmek için araştırmacılar, mekanik bir kol yardımıyla bir görüş alanını tarayabilen küçük, ultra düşük güçlü siyah beyaz bir kamera kullandılar. Kol hamle ekibi malzeme eğerek yapılan ve istenen konuma kamerayı hareket bir yüksek voltaj, uyguladığı zamanı. Takım daha fazla güç uygulamadığı sürece, kol orijinal konumuna geri dönmeden önce yaklaşık bir dakika bu açıda kalır. Bu, insanların daha nötr bir konuma dönmeden önce başlarını sadece kısa bir süre için nasıl bir yönde çevirebileceğine benzer.

Elektrik ve bilgisayar mühendisliğinde bir UW doktora öğrencisi olan ortak yazar Vikram Iyer, “Kamerayı hareket ettirmenin bir avantajı, çok fazla güç tüketmeden neler olup bittiğine dair geniş açılı bir görünüm elde edebilmenizdir.” Dedi. “Hareketli bir nesneyi, tüm robotu hareket ettirmek için enerji harcamak zorunda kalmadan izleyebiliriz . Bu görüntüler, aynı sayıda piksele bölünmüş bir görüntü oluşturacak geniş açılı bir lens kullandığımızdan daha yüksek çözünürlükte. çok daha geniş bir alanda. “

Kamera ve kol, bir futbol sahasından biraz daha uzun olan 120 metreye kadar mesafeden bir akıllı telefondan Bluetooth ile kontrol edilir.

Araştırmacılar çıkarılabilir sistemlerini iki farklı böcek türünün arkasına bağladılar – ölümcül bir böcek ve bir Pinacate böceği. Araştırmacılar, benzer böceklerin yarım gramdan daha ağır yük taşıyabildiği biliniyor.

UW elektrik ve bilgisayar mühendisliği doktora öğrencisi yardımcı yazar Ali Najafi, “Böcekler sistemimizi taşırken hala düzgün hareket edebildiklerinden emin olduk.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Çakıl boyunca serbestçe dolaşabildiler, bir yokuş yukarı ve hatta ağaçlara tırmanabildiler.”

Böcekler ayrıca deney bittikten sonra en az bir yıl yaşadı.

“Böceğin ne zaman hareket ettiğini tespit edebilmek için sistemimize küçük bir ivmeölçer ekledik. O zaman sadece o sırada görüntüler çekiyor,” dedi Iyer. “Kamera bu ivmeölçer olmadan sürekli olarak akış yapıyorsa, pilin ölmesinden bir ila iki saat önce kayıt yapabiliriz. İvmeölçerle, böceğin aktivite düzeyine bağlı olarak altı saat veya daha uzun süre kayıt yapabiliriz.”

Araştırmacılar ayrıca kamera sistemlerini dünyanın en küçük karasal, güç-otonom robotunu kablosuz görüşle tasarlamak için kullandılar. Bu böcek boyutlu robot, hareket etmek için titreşimler kullanır ve düşük güçlü Bluetooth radyolarının çalışması için neredeyse aynı gücü tüketir.

Ancak ekip, titreşimlerin kamerayı salladığını ve çarpık görüntüler ürettiğini buldu. Araştırmacılar bu sorunu robotun geçici olarak durmasını, bir resim çekmesini ve ardından yolculuğuna devam etmesini sağlayarak çözdüler. Bu stratejiyle, sistem hala saniyede yaklaşık 2 ila 3 santimetre hareket edebiliyordu – hareket etmek için titreşimleri kullanan diğer tüm küçük robotlardan daha hızlı ve yaklaşık 90 dakikalık pil ömrüne sahipti.

Ekip, hafif ve düşük güçlü mobil kameraların potansiyeli konusunda heyecanlı olsa da , araştırmacılar bu teknolojinin yeni bir gizlilik riski seti ile geldiğini kabul ediyor.

Gollakota, “Araştırmacılar olarak, insanların risklerin farkında olması ve insanların bunlara yönelik çözümler bulmaya başlayabilmeleri için kamusal alana bir şeyler koymanın gerçekten önemli olduğuna inanıyoruz.” Dedi.

Araştırmacılar, uygulamaların biyolojiden yeni ortamları keşfetmeye kadar değişebileceğini söyledi. Ekip, kameranın gelecekteki sürümlerinin daha az güç gerektireceğini ve potansiyel olarak güneş enerjisiyle çalışan pilsiz olmasını umuyor .

“Bu, bir böceğin arkasında yürürken birinci şahıs görüşümüz oldu. Keşfedebileceğiniz o kadar çok soru var ki, böceğin gördüğü farklı uyaranlara nasıl tepki verdiği gibi. Çevre?” Dedi Iyer. “Ama aynı zamanda, böcekler kayalık ortamlardan geçebilir, bu da robotların bu ölçekte yapması gerçekten zordur. Dolayısıyla bu sistem, gezinmesi zor alanlardan örnekleri görmemize veya toplamamıza izin vererek bize yardımcı olabilir.”