Miniatyriska robotkameror ger en förstapersons vy av insekter

Många människor genom generationer har varit nyfikna på insekters och små organisms synvinkel, som ofta skildras i filmer. Men detta har aldrig kunnat demonstreras i verkligheten, tills nu.

Forskare vid University of Washington har skapat en trådlös styrbar kamera som kan placeras på ryggen av en insekt, och som kan visa världen denna synvinkel.

Insektkamera

Kameran på insektens rygg kan strömma video till en smartphone i 1 till 5 bilder per sekund, och den är placerad på en mekanisk arm som tillåter en 60-graders vinkel. Teknologin ger högupplösta, panoramabilder, samt möjligheten att spåra rörliga föremål.

Hela systemet väger runt 250 milligram, och det har testats på levande skalbaggar och insektsstora robotar.

Arbetet publicerades den 15 juli i Science Robotics.

Shyam Golakota är senior författare och associate professor vid University of Washingtons Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering.

“Vi har skapat ett lågeffekts-, lågvikt-, trådlöst kamer system som kan fånga en förstapersons vy av vad som händer från en levande insekt eller skapa syn för små robotar”, sa Golakota. “Synen är så viktig för kommunikation och navigation, men det är extremt svårt att göra det i så liten skala. Som ett resultat av vårt arbete har trådlös syn inte varit möjlig för små robotar eller insekter tidigare.”

Mobilkameror

Det finns flera skäl till varför forskarna var tvungna att skapa en ny kamera istället för att använda de små kameror som redan finns i smartphones. De kameror som används i dag anses vara lätta, men batterierna som krävs skulle göra dem för tunga för att placeras på insekters rygg.

Sawyer Fuller är medförfattare och assistant professor i mekanisk ingenjörsvetenskap.

“Liksom kameror kräver synen i djur mycket energi”, sa Fuller. “Det är mindre av ett problem i större varelser som människor, men flugor använder 10 till 20% av sin vilaenergi bara för att driva sina hjärnor, som till största delen är ägnade åt visuell bearbetning. För att minska kostnaderna har vissa flugor en liten, högupplöst region av sina sammansatta ögon. De vrider på huvudet för att styra var de vill se med extra tydlighet, till exempel för att jaga byte eller en partner. Detta sparar energi jämfört med att ha hög upplösning över hela synfältet.”

Modellerad efter naturen

Den nyligen utvecklade kameran inspirerades av naturen, och forskarna använde en ultra-lågeffekts svart-vit kamera för att härma en djurs syn. Kameran kan röra sig över ett synfält med hjälp av den mekaniska armen, som styrs av teamet genom att applicera en hög spänning, vilket får armen att böja sig och röra kameran.

Kameran och armen kan kontrolleras via Bluetooth från en smartphone upp till 120 meter bort.

https://www.youtube.com/watch?v=115BGUZopHs&feature=emb_logo

Testning av kameran

Forskarna testade kameran på två olika typer av skalbaggar, som överlevde i minst ett år efter experimentet.

“Vi såg till att skalbaggen kunde röra sig ordentligt när de bar vårt system”, sa Ali Najafi, medförfattare och doktorand i elektroteknik och datavetenskap.

“Vi lade till en liten accelerometer i vårt system för att kunna upptäcka när skalbaggen rörde sig. Då fångade den bara bilder under den tiden”, sa Iyer. “Om kameran bara strömmade kontinuerligt utan denna accelerometer, kunde vi spela in en till två timmar innan batteriet dog. Med accelerometern kunde vi spela in i sex timmar eller mer, beroende på skalbaggens aktivitetsnivå.”

Enligt forskarna kan denna teknik användas inom biologi och utforskning, och de hoppas att framtida versioner ska vara solcellsbaserade. Men teamet är medvetet om att vissa integritetsproblem kan uppstå på grund av tekniken.

“Som forskare tror vi starkt på att det är viktigt att lägga saker i den offentliga domänen så att människor är medvetna om riskerna och så att människor kan börja komma med lösningar för att hantera dem”, sa Gollakota.