Kleine Roboter-Kameras bieten einen Blick aus der Sicht von Insekten

Viele Menschen haben sich über Generationen hinweg gefragt, wie die Welt aus der Sicht von Insekten und kleinen Organismen aussieht, die oft in Filmen dargestellt werden. Dies war jedoch bisher nie in der Realität möglich, bis jetzt.

Forscher an der University of Washington haben eine drahtlose, steuerbare Kamera entwickelt, die auf dem Rücken eines Insekts befestigt werden kann und diese Perspektive der Welt bietet.

Insektenkamera

Die Kamera auf dem Rücken des Insekts kann Videos an ein Smartphone streamen, mit 1 bis 5 Bildern pro Sekunde, und ist auf einem mechanischen Arm befestigt, der eine 60-Grad-Drehung ermöglicht. Die Technologie bietet hochauflösende, panoramische Aufnahmen sowie die Möglichkeit, sich bewegende Objekte zu verfolgen.

Das gesamte System wiegt etwa 250 Milligramm und wurde auf dem Rücken von lebenden Käfern und insekten-großen Robotern getestet.

Die Arbeit wurde am 15. Juli in Science Robotics veröffentlicht.

Shyam Golakota ist der leitende Autor und ein Associate Professor an der Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering der University of Washington.

“Wir haben ein niedrigenergies, niedriggewichtiges, drahtloses Kamerasystem entwickelt, das eine Perspektive aus der Sicht eines lebenden Insekts oder eine Sicht für kleine Roboter bieten kann”, sagte Golakota. “Die Sicht ist so wichtig für die Kommunikation und die Navigation, aber es ist extrem schwierig, dies auf so kleiner Skala zu tun. Als Ergebnis war drahtlose Sicht vor unserer Arbeit für kleine Roboter oder Insekten nicht möglich.”

Smartphone-Kameras

Es gibt einige Gründe, warum die Forscher eine neue Kamera entwickeln mussten, anstatt die kleinen Kameras zu verwenden, die derzeit in Smartphones verwendet werden. Diese Kameras gelten als leicht, aber die erforderlichen Batterien würden sie zu schwer machen, um auf dem Rücken von Insekten befestigt zu werden.

Sawyer Fuller ist Co-Autor und Assistant Professor für Maschinenbau an der University of Washington.

“Ähnlich wie Kameras benötigt die Sicht in Tieren viel Energie”, sagte Fuller. “Es ist weniger ein großes Problem bei größeren Lebewesen wie Menschen, aber Fliegen verwenden 10 bis 20% ihrer Ruheenergie nur, um ihre Gehirne zu betreiben, die meisten davon sind für die visuelle Verarbeitung verantwortlich. Um die Kosten zu senken, haben einige Fliegen eine kleine, hochauflösende Region in ihren Facettenaugen. Sie drehen ihre Köpfe, um zu steuern, wo sie mit extra Klarheit sehen möchten, wie zum Beispiel bei der Jagd auf Beute oder einen Partner. Dies spart Energie, anstatt eine hohe Auflösung über ihr gesamtes Sichtfeld zu haben.”

Nach dem Vorbild der Natur

Die neu entwickelte Kamera wurde von der Natur inspiriert, und die Forscher verwendeten eine ultra-niedrigenergetische Schwarz-Weiß-Kamera, um die Sicht eines Tieres nachzuahmen. Die Kamera kann mit Hilfe des mechanischen Arms über ein Sichtfeld bewegt werden, der von dem Team durch die Anwendung einer hohen Spannung gesteuert wird, was den Arm zum Biegen und zur Bewegung der Kamera verursacht.

Die Kamera und der Arm können über Bluetooth von einem Smartphone aus bis zu 120 Metern entfernt gesteuert werden.

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Testen der Kamera

Die Forscher testeten die Kamera an zwei verschiedenen Arten von Käfern, die nach dem Experiment mindestens ein Jahr lang überlebten.

“Wir stellten sicher, dass die Käfer noch ordnungsgemäß laufen konnten, wenn sie unser System trugen”, sagte Ali Najafi, Co-Autor und Doktorand im Bereich Elektrotechnik und Informatik an der University of Washington. “Sie konnten frei über Kies, eine Rampe hinauf und sogar Bäume hinaufklettern.”

“Wir fügten einen kleinen Beschleunigungssensor unserem System hinzu, um zu erkennen, wenn sich die Käfer bewegen. Dann werden nur Bilder während dieser Zeit aufgenommen”, sagte Iyer. “Wenn die Kamera nur kontinuierlich streamt, ohne diesen Beschleunigungssensor, könnten wir ein bis zwei Stunden aufnehmen, bevor die Batterie stirbt. Mit dem Beschleunigungssensor können wir sechs Stunden oder mehr aufnehmen, je nach Aktivitätslevel der Käfer.”

Laut den Forschern könnte diese Technologie in den Bereichen Biologie und Erforschung eingesetzt werden, und sie hoffen, dass zukünftige Versionen solarbetrieben sein werden. Allerdings ist das Team sich bewusst, dass durch diese Technologie bestimmte Datenschutzbedenken entstehen könnten.

“Als Forscher glauben wir stark, dass es wichtig ist, Dinge in die Öffentlichkeit zu bringen, damit die Menschen sich der Risiken bewusst sind und Lösungen entwickeln können, um sie zu adressieren”, sagte Gollakota.