2020-12-03
 
该摄像机也可以骑在昆虫上,使每个人都有机会看到蚁人世界的景色
2020年12月03日   阅读量:314

在电影《蚂蚁人》中,标题人物的身高可以通过在昆虫的后背上腾飞而缩小和移动。


现在,华盛顿大学的研究人员开发了一种微型无线可转向摄像机,该摄像机也可以骑在昆虫上,使每个人都有机会看到蚁人世界的景色。


该摄像机也可以骑在昆虫上,使每个人都有机会看到蚁人世界的景色 中网时尚,stylechina.com


摄像机以每秒1至5帧的速度将视频流传输到智能手机,它位于可旋转60度的机械臂上。


这使观看者可以捕获高分辨率的全景镜头或跟踪移动的对象,同时消耗最少的能量。


为了证明该系统的多功能性,该系统重约250毫克(约为纸牌重量的十分之一),该团队将其安装在活的甲虫和昆虫大小的机器人上。


研究结果将于7月15日发表在《科学机器人》杂志上。


“我们已经创建了一种低功耗,低重量的无线摄像头系统,该系统可以以第一人称视角捕捉实际活虫发生的事情,或者为小型机器人创造视觉威斯康星大学副教授Shyam Gollakota说: ”在Paul G. Allen计算机科学与工程学院学习。“


视觉对于通信和导航是如此重要,但是在如此小的规模上实现视觉挑战非常巨大。因此,在我们开展工作之前,对于小型机器人或昆虫来说,无线视觉是不可能的。”


典型的小型相机(例如智能手机中使用的相机)会使用大量功能来捕获广角,高分辨率的照片,并且无法在昆虫标尺上工作。


尽管摄像机本身很轻巧,但支撑它们所需的电池却使整个系统变得又大又笨,以至于昆虫(或昆虫大小的机器人)无法四处寻找。因此,研究小组从生物学课程中吸取了教训。


华盛顿大学机械工程学助理教授索耶·富勒(Sawyer Fuller)说:“类似于照相机,动物的视觉需要很大的力量。” 


“对于像人类这样的大型生物来说,这没什么大不了的,但是苍蝇利用其静息能量的10%到20%来驱动大脑,其中大部分用于视觉处理。


为帮助降低成本,一些苍蝇具有他们的复眼只有一个很小的高分辨率区域。他们转过头将目光转向想要看到的地方,例如追逐猎物或伴侣。这节省了在整个视野中拥有高分辨率的能力。”


华盛顿大学电气与计算机工程系博士生的共同主要作者维克拉姆·艾耶尔(Vikram Iyer)将摄像头系统连接到Pinacate甲虫上。


为了模仿动物的视力,研究人员使用了一个微型的超低功率黑白相机,它可以借助机械臂扫过整个视野。所述臂移动时该球队施加高电压,这使得该材料弯曲和将摄像机移动到所希望的位置。


除非团队施加更大的力量,否则手臂会保持该角度约一分钟,然后再放松回到其原始位置。


这类似于人们在回到更中立的位置之前,只能在短时间内保持头部朝一个方向转动的方式。

 

威斯康星大学电气与计算机工程专业的博士生Vikram Iyer说:“能够移动相机的一个优点是,您可以在不消耗大量电能的情况下获得大视角。”


 “我们可以跟踪移动的物体,而无需花费精力来移动整个机器人。这些图像的分辨率也比使用广角镜时的分辨率更高,后者可以创建像素被分割为相同数量的图像。在更大的范围内。”


相机和手臂可通过智能手机通过蓝牙控制,距离可达120米,比足球场长一点。


研究人员将可移动系统连接到两种不同类型的甲虫的背面-伪装死亡的甲虫和Pinacate甲虫。研究人员说,已知类似的甲虫能够承受超过半克的重量。


“我们确保甲虫在携带我们的系统时仍能正常移动,”合著者阿里·纳加菲(Ali Najafi)说,他是威斯康星大学电气与计算机工程专业的博士生。“他们能够在砾石上自由航行,爬上斜坡甚至爬树。”


实验结束后,甲虫还活了至少一年。


华盛顿大学的研究人员开发了一种微型相机,可以骑在昆虫或昆虫大小的机器人上。


艾耶尔说:“我们在系统中增加了一个小型加速度计,以便能够检测到甲虫何时运动。


然后,它只能在这段时间内捕获图像。” “如果照相机不使用此加速度计就连续不断地流过,我们可以在电池没电之前记录一到两个小时。


使用加速度计,我们可以记录六个小时或更长时间,具体取决于甲虫的活动水平。”


研究人员还使用他们的摄像头系统设计了世界上最小的具有无线视觉功能的地面动力自主机器人。这种昆虫大小的机器人利用振动来移动,消耗的功率几乎与低功率蓝牙无线电所需的功率相同。


但是,研究小组发现,振动震动了相机并产生了失真的图像。研究人员通过让机器人暂时停下来拍照并重新开始旅程来解决此问题。通过这种策略,该系统仍然能够每秒移动约2到3厘米,这比任何其他使用振动来移动的微型机器人都快,并且电池寿命约为90分钟。


尽管该团队对轻巧和低功耗移动相机的潜力感到兴奋,但研究人员承认,该技术带来了一系列新的隐私风险。


Gollakota说:“作为研究人员,我们坚信将事物放到公共领域非常重要,这样人们才能意识到风险,因此人们可以开始提出解决方案。”


研究人员说,应用范围可能从生物学到探索新的环境。研究小组希望,未来的相机版本将需要更少的电量,并且没有电池,可能是太阳能。


“这是我们第一次在甲虫走动时从甲虫的后方看到第一人称视角。您可以探索的问题很多,例如甲虫如何响应它所看到的不同刺激环境?” 艾耶说。“但是昆虫也可以穿越岩石环境,这对于机器人在如此规模的环境中确实是一个挑战。因此,该系统还可以通过让我们查看或收集难以导航的空间中的样本来帮助我们。”



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