Kleine Roboter-Kameras bieten ersten Blick auf Insekten

Viele Menschen über Generationen hinweg haben sich gefragt, wie die Sichtweise von Insekten und kleinen Organismen ist, die oft in Filmen dargestellt werden. Dies konnte jedoch bisher noch nicht in der Realität gezeigt werden.

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

Insekt-Kamera

Die Kamera auf dem Rücken des Insekts kann Videos an ein Smartphone mit 1 bis 5 Bildern pro Sekunde streamen und ist auf einem mechanischen Arm befestigt, der eine 60-Grad-Pivot 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 veröffentlicht am 15. Juli in Science Robotics.

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

“Wir haben ein low-power-, low-weight-, drahtloses Kamera-System entwickelt, das eine erste Sichtweise dessen bieten kann, was passiert, von einem echten lebenden Insekt oder Vision für kleine Roboter”, sagte Golakota. “Vision ist so wichtig für Kommunikation und Navigation, aber es ist extrem herausfordernd, dies auf so kleiner Skala zu tun. Als Ergebnis war drahtlose Vision 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 vorhanden sind. Diese werden als leicht angesehen, aber die benötigten Batterien würden sie zu schwer machen, um auf dem Rücken von Insekten befestigt zu werden.

Sawyer Fuller ist Co-Autor und ein Assistant Professor für Maschinenbau an der UW.

“Ähnlich wie Kameras benötigt Vision 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 visuelle Verarbeitung bestimmt. 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 wollen, wie zum Beispiel für die 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-low-power-Schwarz-Weiß-Kamera, um die Sichtweise eines Tieres nachzuahmen. Die Kamera kann mit Hilfe des mechanischen Arms über ein Sichtfeld bewegt werden, der durch die Anwendung einer hohen Spannung gesteuert wird, die den Arm biegen und die Kamera bewegen lässt.

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

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Testen der Kamera

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

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

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

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

“Als Forscher glauben wir stark daran, dass es wirklich 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.