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“蚁人”视角看世界,微型机器人GoPro仅重0.25克,还可60度旋转、6小时续航!

时间:2020-07-29 来源:机器人在线 阅读:5370 原创

一直以来,我们都在以人类的视角观察动物,一般看到的都是这样:



或是这样:



不少人都会对昆虫的视角感到好奇,那么,昆虫的第一视角是怎么样的?


是不是与人的GoPro视角有些类似?




来自华盛顿大学计算机科学与工程学教授Shyam Gollakota领导的UW研究人员开发了一种微型无线可操控摄像机,它可直接搭载在昆虫的身上,就如电影《蚁人》一般,蚁人眼中的世界,你也将能get到。



这个微型摄像机约250毫克(约为纸牌重量的十分之一),安装于可旋转60度的机械臂上,以每秒1至5帧的速度将视频流传输到智能手机,将之放在昆虫上,人类就能看到昆虫的第一视角了。



早期模仿昆虫视线相机的实践


早前就有各种关于模仿昆虫视线的实践。例如2013年,研究人员创造了一种数码相机,可以模仿昆虫,特别是火蚁和树皮甲虫的凸起眼睛。

 


摄像机可以捕获几乎无限景深的160度宽视野,这意味着照片的所有区域都将清晰对焦。微小的穹顶覆盖有180个微透镜,每个微透镜捕获对象的独特角度。


研究人员将光电二极管和弹性微透镜的薄硅片结合在一起,并将它们拉伸成半球。这些图像以其原始形状记录在计算机上,但是如果需要可以将它们打印出来。


研究人员的灵感来自节肢动物的高级眼睛,其中包括甲壳类动物、蜘蛛和昆虫。他们的圆顶形眼睛挤满了多个微小的眼睛元素,上面还铺着角膜镜片。第一个数码相机原型最接近火蚁的复眼,它们只有180个光学单元,称为ommatidia。



以上还是仅限于模仿昆虫的眼睛制造高级相机,如果是让昆虫背负GoPro呢?


微型GoPro昆虫第一视角:可记录6小时


对于昆虫将要背负的相机第一点要求必然是微型、低耗。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,但是无法在昆虫身上工作。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,这样将导致昆虫(或昆虫大小的机器人)无法四处徘徊。



为了模仿动物的视力,研究人员使用了一个微型超低功率黑白相机,该相机可以借助机械臂扫过整个视野。当团队施加高电压时,手臂会移动,这会使材料弯曲并将摄像机移动到所需位置。除非团队施加更大的力量,否则手臂会保持该角度大约一分钟,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。



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,已知类似的甲虫能够承受超过半克的重量。



研究人员确保甲虫在携带相机时时仍能正常移动,使他们能够自由穿越砾石,爬上斜坡甚至爬树。



在系统中,研究人员增加了一个小型加速度计,以便能够检测甲虫何时移动,这样它只会在这段时间内捕获图像,类似于行车记录仪。

 


研究人员表示,“如果照相机不使用该加速度计就一直在连续流拍,我们可以在电池耗尽之前记录一到两个小时。使用该加速度计,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情况。”



还可应用于小型机器人的微型相机


“视觉对于通信和导航非常重要,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。”


在昆虫上实现突破后,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。


团队对轻巧和低功耗移动相机的潜力感到兴奋,研究人员表示,该系统的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,如果是开发出太阳能版本,“妈妈再也不用担心我没电了”。


然而,值得思考的是,如果该相机如果被用于其他领域,不免有泄露“隐私风险”,不知道到时候机器人“负责”不?

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