Исследователи из Вашингтонского университета создали беспроводную управляемую камеру и установили прибор на спине насекомого, давая каждому возможность увидеть мир насекомых.
Камера, передающая видео на смартфон со скоростью от 1 до 5 кадров в секунду, находится на механическом рычаге, который способен поворачиваться на 60 градусов. Это означает, что зритель может сделать панорамный снимок с высоким разрешением или отслеживать движущийся объект, расходуя на подобные операции минимальное количество энергии. Универсальность этой системы с массой 250 миллиграммов продемонстрировали, установив приборы на живых жуках и насекомоподобных роботах.
Результаты работы разместили в журнале Science Robotics 15 июля.
Руководитель научной работы Шьям Голлакота, адъюнкт-профессор UW в школе компьютерных наук и инженерии пола г. Аллена, поделился информацией о том, что группа исследователей создала беспроводную систему камер, работающую с использованием небольшой мощности, но способную передавать изображение происходящего с реальным живым насекомым или маленьким роботом от первого лица. Шьям Голлакота пояснил, что для коммуникации и навигации очень важен обзор, но реализация этой функции трудноосуществима в таком маленьком масштабе.
Стандартные маленькие камеры, используемые в смартфонах, требуют много энергии для создания широкоугольных фотографий с высоким разрешением, и этот формат не применим в масштабе насекомых. Сами камеры практически ничего не весят, но батареи, необходимые для их поддержки, имеют слишком большие габариты и неподъемны для насекомых или роботов соответствующих размеров. Ученым пришлось взять урок биологии.
Сойер Фуллер, доцент кафедры машиностроения UW рассказал, что мухи расходуют до 20% своей энергии для питания своего мозга, большая часть этого ресурса направляется на визуальную обработку. В ходе эволюции у некоторых мух образовалась ограниченная область обзора с высоким разрешением сложных глаз. Насекомые поворачивают голову в сторону, где могут получить необходимую визуальную информацию (охота, опасность, поиск пары). Такая тактика гораздо экономнее в энергетическом смысле.
Для имитации зрения насекомого исследователи применили сверхнизкую черно-белую камеру с маленькими габаритами, которую можно поворачивать с помощью механической руки.
Камера и рука управляются посредством Bluetooth со смартфона, находящегося на расстоянии 120 метров. В качестве «транспорта» для системы съемки ученые выбрали жуков двух видов — Pinacate beetle и Asbolus verrucosus, обусловив свое предпочтение способностью этих насекомых переносить вес в полграмма. Жуки, «помогавшие» исследователям, передвигались с системой, укрепленной на спинах в нормальном режиме: перемещались по гравию, поднимались по склону, взбирались на деревья. В ходе эксперимента жуки не пострадали.
В систему добавили акселерометр соответствующих размеров, после чего камера стала вести съемку только во время движения объекта, что позволяло экономить энергию. В зависимости от активности жука съемка иногда производилась в течение шести часов.
Исследователи, используя своё изобретение, создали самого маленького в мире наземного автономного робота с беспроводным зрением. В процессе работы над изобретением исследователи столкнулись с проблемой: при малейших сотрясениях камеры получаются искаженные изображения. Ученые внесли корректировку в систему, и теперь робот перед тем, как сделать снимок, останавливается, затем возобновляет движение. Робот самостоятельно функционирует в течение 90 минут.
Команда ученых воодушевлена успехом, но озабочена вопросами конфиденциальности.
Приложения будут полезны в широком диапазоне исследований от биологии до новых областей. Ученые уверены, что в последующих модификациях их системы удастся добиться меньшего потребления энергии, заменив существующие источники питания на солнечные батареи.
Исследование финансировалось стипендией Microsoft и Национальным научным фондом.
По материалам University of Washington
