Похоже, путешествия на спине насекомого стали реальностью. Об этом свидетельствуют данные из университета Вашингтона. Инженеры совместно с учеными анонсировали создание микро камеры. Крошечный беспроводной гаджет управляется на расстоянии и крепится на панцире насекомого.
Теперь даже у таракана есть своя камера
Камера на спине насекомых работает в паре со смартфоном. Скорость передачи информации - от одного до пяти кадров в секунду. Конструкция может поворачиваться на 60 градусов, создавая эффект присутствия. Высокое разрешение вкупе с изменением угла обзора позволяет делать панорамные снимки с минимальными энергетическими затратами. Вес всей системы - около 250 миллиграммов. Команда разработчиков уже протестировала решение на спинах живых жуков, а также в составе миниатюрных роботов размером с насекомое.
Результаты съемок жуков с камерой на спине были опубликованы в журнале Science Robotics.
Взглянуть на мир глазами жука
«Мы создали беспроводную систему камер с уникальным весом и потреблением энергетических мощностей. Получаемая картинка от первого лица действительно достойна внимания. Таким образом, можно видеть, что происходит перед глазами живого насекомого. Дополнительно эта технология незаменима для управления маленькими роботами», - заявляет один из авторов статьи Шьям Голлакота. - «Уникальность нашей разработки в том, что очень сложно добиться работы системы в таком маленьком масштабе. До нас эту задачу еще никто не решал».
Обычные камеры слишком тяжелые
Всем нам знакомы достаточно миниатюрные камеры смартфонов. Но для установки на насекомых они не подходят. Дело в том, что они имеют слишком большое энергопотребление. В результате приходится к небольшой камере подключать достаточно тяжелый источник питания. Насекомое просто не поднимет эту конструкцию.
Поэтому команда разработчиков применила знания из биологии.
Принцип экономии энергии, подсмотренный у самой природы
«У живых организмов есть собственная система природных камер - это зрение. И если затраты на зрение у крупных животных (в том числе, человека) на этот процесс не значительны, но у насекомых все совсем по-другому», - дополняет логику исследований соавтор Сойер Фуллер из университета Вашингтона. «Например, мухи тратят от 10 до 20 процентов энергии покоя для поддержания активности мозга, большая часть работы которого посвящена визуальной обработке. Для экономии ресурсов организма зрение устроено таким образом, что есть только небольшая часть глаза с высоким разрешением. Насекомые поворачивают свои головы, чтобы направить их туда, где они хотят видеть с дополнительной ясностью, например, для преследования добычи или поиска партнера для продолжения рода. Такой прием гарантирует существенную экономию энергии по сравнению с высоким разрешением по всему визуальному полю».
Обзор камеры изменяется механической рукой
Чтобы имитировать зрение животного, исследователи использовали крошечную, сверхлегкую черно-белую камеру, которая может перемещаться по полю зрения с помощью механической руки. Рука движется, когда команда прикладывает высокое напряжение, которое заставляет материал изгибаться и перемещать камеру в нужное положение. Если команда не прикладывает силы, рука остается под этим углом около минуты, прежде чем расслабиться и вернуться в исходное положение. Это похоже на то, как люди могут держать свою голову повернутой в одном направлении только в течение короткого периода времени, прежде чем вернуться в более нейтральное положение.
Дальность действия – 120 метров
«Одним из преимуществ возможности перемещать камеру является то, что вы можете получить широкоугольный обзор происходящего, не тратя огромного количества энергии», - сказал соавтор исследования Викрам Айер, докторант UW в области электротехники и вычислительной техники. – «Мы можем отслеживать движущийся объект, не тратя энергию на перемещение целого робота. Эти изображения также имеют более высокое разрешение, чем, если бы мы использовали широкоугольный объектив, который создавал бы изображение с таким же количеством пикселей, разделенных на гораздо большую площадь».
Камера и рука управляются через Bluetooth со смартфона с расстояния до 120 метров. Это расстояние всего лишь немного длиннее футбольного поля.
Ни один жук в ходе экспериментов не пострадал
Исследователи прикрепили эту съемную систему к спинам двух различных видов жуков. «Мы убедились, что жуки все еще могут нормально двигаться, когда они несут нашу систему», - сказал соавтор исследования Али Наджафи, докторант UW по электротехнике и вычислительной технике. – «Они могли свободно передвигаться по гравию, подниматься по склону и даже лазить по деревьям».
Жуки также прожили по меньшей мере год после окончания эксперимента.
«Мы добавили в нашу систему небольшой акселерометр, чтобы определить, когда жук движется. Только тогда камера захватывает изображения», - сказал Айер. – «Если камера просто непрерывно работает без этой функции, мы могли бы записать один-два часа видео до того, как батарея разрядится. С помощью акселерометра мы могли записывать в течение шести часов или больше, в зависимости от уровня активности жука».
Камера для насекомых вдохновила на создание миниатюрного робота
Исследователи также использовали свою систему камер для разработки самого маленького в мире наземного автономного робота с беспроводным зрением. Этот робот размером с насекомое использует вибрации для перемещения и потребляет почти ту же мощность, что и маломощные радиоприемники Bluetooth.
Однако команда обнаружила, что вибрация сотрясает камеру и создает искаженные изображения. Исследователи решили эту проблему, заставив робота остановиться на мгновение, сделать снимок, а затем возобновить свое путешествие. С помощью этой стратегии система все еще могла двигаться со скоростью примерно 2-3 сантиметра в секунду. Это быстрее, чем любой другой крошечный робот, который использует вибрации для перемещения. Время автономной работы такого механизма около 90 минут.
Прорыв в науке или новая угроза?
Исследователи признают, что эта технология сопряжена с новым набором рисков для конфиденциальности.
«Как исследователи, мы твердо верим, что действительно важно сделать подобные вещи общественным достоянием, чтобы люди знали о рисках и могли начать придумывать решения для их устранения», - сказал Голлакота.
По словам исследователей, область применения камер для насекомых может варьироваться от биологии до изучения новых сред. Команда надеется, что будущие версии камеры потребуют еще меньше энергии и будут работать без батарей или потенциально даже на солнечных батареях.
«Это первый раз, когда мы получили вид от первого лица со спины жука, когда он двигается. Есть так много вопросов, которые надо исследовать, например, как жук реагирует на различные стимулы, которые он видит в окружающей среде?» - сказал Айер. – «Но также насекомые могут пересекать скалистые среды, что действительно сложно для роботов в таких масштабах. Таким образом, эта система также может помочь нам увидеть картинку, например, из труднодоступных пространств».
