Robotik
Winzige Roboterkameras ermöglichen eine Sicht auf Insekten aus der ersten Person
Über Generationen hinweg waren viele Menschen neugierig auf die Sichtweisen von Insekten und kleinen Organismen, die oft in Filmen dargestellt werden. Allerdings konnte dies bislang noch nie in der Praxis nachgewiesen werden.
Forscher der University of Washington haben eine drahtlose, steuerbare Kamera entwickelt, die auf dem Rücken eines Insekts angebracht werden kann und so der Welt diesen Blickwinkel vermittelt.
Insektenkamera
Die Kamera auf der Rückseite des Insekts kann Videos mit 1 bis 5 Bildern pro Sekunde auf ein Smartphone streamen und ist an einem mechanischen Arm angebracht, der eine Drehung um 60 Grad ermöglicht. Die Technologie ermöglicht hochauflösende Panoramaaufnahmen sowie die Möglichkeit, sich bewegende Objekte zu verfolgen.
Das gesamte System wiegt rund 250 Milligramm und wurde auf dem Rücken lebender Käfer und insektengroßer Roboter demonstriert.
Die Arbeit war veröffentlicht am 15. Juli Wissenschaftsrobotik.
Shyam Golakota ist leitender Autor und außerordentlicher Professor an der Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering der UW.
„Wir haben ein drahtloses Kamerasystem mit geringem Stromverbrauch und geringem Gewicht entwickelt, das aus der ersten Person einen Blick auf das Geschehen eines echten lebenden Insekts werfen oder Visionen für kleine Roboter erzeugen kann“, sagte Golakota. „Sehen ist für die Kommunikation und Navigation so wichtig, aber es ist äußerst schwierig, es in einem so kleinen Maßstab umzusetzen. Daher war vor unserer Arbeit drahtloses Sehen für kleine Roboter oder Insekten nicht möglich.“
Smartphone-Kameras
Es gibt mehrere Gründe, warum die Forscher eine neue Kamera entwickeln mussten, anstatt die kleinen Kameras zu verwenden, die derzeit in Smartphones vorhanden sind. Die derzeit verwendeten gelten als leichtgewichtig, sind aber aufgrund der benötigten Batterien zu schwer, um auf dem Rücken von Insekten platziert zu werden.
Sawyer Fuller ist Co-Autor und UW-Assistenzprofessor für Maschinenbau.
„Ähnlich wie bei Kameras erfordert das Sehen bei Tieren viel Energie“, sagte Fuller. „Bei größeren Lebewesen wie dem Menschen ist das weniger schlimm, aber Fliegen verbrauchen 10 bis 20 % ihrer Ruheenergie nur für die Energieversorgung ihres Gehirns, das größtenteils für die visuelle Verarbeitung aufgewendet wird. Um die Kosten zu senken, verfügen einige Fliegen über einen kleinen, hochauflösenden Bereich ihrer Facettenaugen. Sie drehen ihren Kopf, um mit besonderer Klarheit dorthin zu steuern, wo sie sehen möchten, beispielsweise um Beute oder einen Partner zu jagen. Dadurch wird Strom gespart, da das gesamte Gesichtsfeld über eine hohe Auflösung verfügt.“
Der Natur nachempfunden
Die neu entwickelte Kamera wurde von der Natur inspiriert und die Forscher verwendeten eine Schwarzweißkamera mit extrem geringem Stromverbrauch, um die Sicht eines Tieres nachzuahmen. Mit Hilfe des mechanischen Arms kann sich die Kamera über ein Sichtfeld bewegen. Der Arm wird vom Team durch Anlegen einer Hochspannung gesteuert, wodurch sich der Arm beugt und die Kamera bewegt.
Die Kamera und der Arm können per Bluetooth aus einer Entfernung von bis zu 120 Metern von einem Smartphone aus gesteuert werden.
Testen der Kamera
Die Forscher testeten die Kamera an zwei verschiedenen Käferarten, die nach dem Experiment mindestens ein Jahr lang lebten.
„Wir haben dafür gesorgt, dass sich die Käfer auch dann noch richtig bewegen konnten, wenn sie unser System trugen“, sagte Ali Najafi, Co-Hauptautor und UW-Doktorand in Elektro- und Computertechnik. „Sie konnten sich frei über Kies bewegen, einen Hang hinauf und sogar auf Bäume klettern.“
„Wir haben unserem System einen kleinen Beschleunigungsmesser hinzugefügt, um erkennen zu können, wann sich der Käfer bewegt. Dann werden nur während dieser Zeit Bilder aufgenommen“, sagte Iyer. „Wenn die Kamera ohne diesen Beschleunigungsmesser einfach kontinuierlich streamt, könnten wir ein bis zwei Stunden aufnehmen, bevor die Batterie leer ist. Mit dem Beschleunigungsmesser konnten wir je nach Aktivitätsniveau des Käfers sechs Stunden oder mehr aufzeichnen.“
Den Forschern zufolge könnte diese Technologie in den Bereichen Biologie und Exploration eingesetzt werden und sie hoffen, dass zukünftige Versionen solarbetrieben sein werden. Allerdings ist sich das Team bewusst, dass aufgrund der Technologie gewisse Datenschutzbedenken entstehen könnten.
„Als Forscher sind wir fest davon überzeugt, dass es wirklich wichtig ist, Dinge öffentlich zugänglich zu machen, damit sich die Menschen der Risiken bewusst werden und Lösungen zu ihrer Bewältigung finden können“, sagte Gollakota.
