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수세기에 걸쳐 많은 사람들이 곤충이나 작은 생물체의 관점에 대해 호기심을 가졌으며, 이는 종종 영화에서 묘사된다. 그러나 실제로 이를 보여줄 수 있는 기술은 지금까지 개발되지 않았다.
워싱턴 대학교의 연구진은 무선으로 제어할 수 있는 카메라를 개발하여 곤충의 등에 부착할 수 있으며, 이를 통해 곤충의 관점을 세계에 보여줄 수 있다.
곤충 카메라
곤충의 등에 부착된 카메라는 1~5 프레임당 초당으로 스마트폰에 비디오를 스트리밍할 수 있으며, 60도 회전이 가능한 기계식 암에 부착되어 있다. 이 기술은 고해상도 파노라마 샷 및 이동 객체 추적이 가능하다.
전체 시스템의 중량은 약 250밀리그램이며, 이는 살아있는 딱정벌레와 곤충 크기의 로봇에 시험되었다.
이 연구는 2020년 7월 15일에 Science Robotics에 발표되었다.
Shyam Golakota는 이 연구의 선임 저자이며 워싱턴 대학교 컴퓨터 과학 및 엔지니어링 학과의 부교수이다.
“우리는 실제로 살아있는 곤충이나 작은 로봇의 관점을 보여줄 수 있는 저전력, 저중량의 무선 카메라 시스템을 개발했다”라고 Golakota는 말했다. “시각은 의사소통과 탐색을 위해 매우 중요하지만, 이러한 작은 규모에서 이를 구현하는 것은非常히 어렵다. 따라서 우리의 연구 이전에는 작은 로봇이나 곤충을 위한 무선 시각은 불가능했다.”
스마트폰 카메라
연구진은 스마트폰에 현재 사용되는 작은 카메라를 사용하지 않고 새로운 카메라를 개발해야 했다. 현재 사용되는 카메라는 가벼운 것으로 간주되지만, 이를 작동시키기 위한 배터리는 곤충의 등에 부착하기에는 너무 무겁다.
Sawyer Fuller는 공동 저자이며 워싱턴 대학교 기계공학부의 조교수이다.
“카메라와 마찬가지로, 동물의 시각은 많은 전력을 필요로 한다”라고 Fuller는 말했다. “이것은 인간과 같은 큰 동물에서는 큰 문제가 아니지만, 파리는 시각 처리를 위해 휴식 에너지의 10~20%를 사용한다. 이를 줄이기 위해 일부 파리는 높은 해상도의 작은 영역을 가지고 있다. 그들은 더 높은 명료도로 보려는 곳으로 머리를 돌린다. 이것은 전체 시야에 높은 해상도를 갖는 것보다 전력을 절약한다.”
자연에서 영감을 얻다
새로 개발된 카메라는 자연에서 영감을 얻었으며, 연구진은 동물의 시각을 모방하기 위해 초저전력의 흑백 카메라를 사용했다. 카메라는 기계식 암의 도움으로 시야각을 이동할 수 있으며, 이는 팀이 고전압을 적용하여 암을 구부리고 카메라를 이동시키는 방식으로 제어된다.
카메라와 암은 스마트폰에서 블루투스를 통해 120미터 거리에서 제어할 수 있다.
https://www.youtube.com/watch?v=115BGUZopHs&feature=emb_logo
카메라 테스트
연구진은 두 종류의 딱정벌레에 카메라를 시험했으며, 이들은 실험 후 최소 1년 동안 생존했다.
“우리는 우리의 시스템을 携帯할 때도 딱정벌레가 제대로 움직일 수 있도록 했다”라고 Ali Najafi, 공동 제1저자이자 워싱턴 대학교 전기 및 컴퓨터 공학부 박사 과정 학생은 말했다. “그들은 자갈을 가로지르며, 경사로를 올라가며, 심지어 나무를 올라갈 수 있었다.”
“우리는 우리의 시스템에 가속도계를 추가하여 딱정벌레의 움직임을 감지할 수 있다. 그러면 딱정벌레가 움직일 때만 이미지를 캡처한다”라고 Iyer는 말했다. “가속도계 없이 계속해서 비디오를 스트리밍하면 배터리가 1~2시간 후에 방전된다. 그러나 가속도계를 사용하면 6시간 이상 녹화할 수 있다. 딱정벌레의 활동 수준에 따라 다르다.”
연구진에 따르면, 이 기술은 생물학 및 탐사 분야에서 적용될 수 있으며, 그들은 향후 버전에 대해 태양전지판을 사용할 수 있기를 희망한다. 그러나 팀은 이 기술로 인해 발생할 수 있는 개인 정보 보호 문제를 인식하고 있다.
“연구자로서 우리는 사람들이 이러한 기술의 위험을 인식하고, 이를 해결하기 위한 솔루션을 개발할 수 있도록 공개하는 것이非常히 중요하다고 믿는다”라고 Gollakota는 말했다.
