Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một chiếc máy ảnh nhỏ có thể cưỡi trên một con côn trùng hoặc một con robot có kích thước côn trùng.
Trong bộ phim “Ant-Man”, nhân vật tiêu đề có thể thu nhỏ kích thước và di chuyển bằng cách bay lên trên lưng một con côn trùng. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Washington đã phát triển một chiếc máy ảnh có thể điều khiển không dây nhỏ, có thể cưỡi trên lưng một con côn trùng, cho mọi người cơ hội nhìn thấy cảnh Ant-Man về thế giới.
Máy ảnh truyền video đến điện thoại thông minh ở tốc độ 1 đến 5 khung hình mỗi giây, nằm trên một cánh tay cơ có thể xoay 60 độ. Điều này cho phép người xem chụp được ảnh có độ phân giải cao, toàn cảnh hoặc theo dõi đối tượng chuyển động trong khi tiêu hao một lượng năng lượng tối thiểu. Để chứng minh tính linh hoạt của hệ thống này, nặng khoảng 250 miligam – nặng khoảng một phần mười trọng lượng của một thẻ chơi – nhóm nghiên cứu đã gắn nó lên trên những con bọ cánh cứng và robot có kích thước côn trùng.
Kết quả được công bố vào ngày 15 tháng 7 trên Science Robotics .
Shyam Gollakota, phó giáo sư của UW trong Trường Khoa học & Kỹ thuật Máy tính Paul G. Allen, cho biết: “Chúng tôi đã tạo ra một hệ thống camera không dây, trọng lượng thấp, năng lượng thấp, có thể thu được góc nhìn của người thứ nhất về những gì đang xảy ra từ một con côn trùng sống thực sự hoặc tạo ra tầm nhìn cho các robot nhỏ. Tầm nhìn rất quan trọng đối với giao tiếp và điều hướng, nhưng thực sự rất khó khăn để thực hiện nó ở quy mô nhỏ như vậy. Do đó, trước khi làm việc, tầm nhìn không dây của robot hoặc côn trùng nhỏ không thể thực hiện được.”
Các máy ảnh nhỏ điển hình, chẳng hạn như những máy ảnh được sử dụng trong điện thoại thông minh, sử dụng nhiều năng lượng để chụp ảnh góc rộng, độ phân giải cao và không hoạt động ở quy mô côn trùng. Mặc dù các máy ảnh rất nhẹ nhưng pin mà chúng cần để hỗ trợ chúng làm cho toàn bộ hệ thống trở nên quá to và nặng đối với côn trùng – hoặc robot có kích thước côn trùng – có thể nằm xung quanh. Vì vậy, nhóm đã lấy một bài học từ sinh học.
“Tương tự như máy ảnh, tầm nhìn ở động vật đòi hỏi rất nhiều năng lượng”, đồng tác giả Sawyer Fuller, giáo sư trợ lý kỹ thuật cơ khí của UW cho biết. “Đó không phải là vấn đề lớn đối với những sinh vật lớn hơn như con người, nhưng ruồi đang sử dụng 10 đến 20% năng lượng nghỉ ngơi của chúng chỉ để cung cấp năng lượng cho bộ não của chúng, hầu hết chúng được dành cho xử lý thị giác. Để giúp giảm chi phí, một số con ruồi có khu vực nhỏ, độ phân giải cao của mắt ghép của chúng. Chúng quay đầu để điều khiển nơi chúng muốn nhìn rõ hơn, chẳng hạn như để đuổi theo con mồi hoặc bạn tình. Điều này giúp tiết kiệm năng lượng khi có độ phân giải cao trên toàn bộ trường thị giác của chúng. “
Để bắt chước tầm nhìn của một con vật, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một chiếc máy ảnh đen trắng cực nhỏ, cực thấp, có thể quét qua một góc nhìn với sự trợ giúp của một cánh tay cơ khí. Cánh tay di chuyển khi đội áp dụng một điện áp cao, làm cho vật liệu uốn cong và di chuyển máy ảnh đến vị trí mong muốn. Trừ khi đội áp dụng nhiều sức mạnh hơn, cánh tay giữ ở góc đó trong khoảng một phút trước khi thư giãn trở lại vị trí ban đầu. Điều này tương tự như cách mọi người có thể giữ đầu quay về một hướng chỉ trong một khoảng thời gian ngắn trước khi trở lại vị trí trung lập hơn.
Một lợi thế để có thể di chuyển máy ảnh là bạn có thể có được góc nhìn rộng về những gì đang xảy ra mà không tiêu tốn một lượng điện năng lớn. Chúng ta có thể theo dõi một vật thể chuyển động mà không phải tiêu tốn năng lượng để di chuyển toàn bộ robot. Những hình ảnh này cũng có độ phân giải cao hơn so với việc chúng ta sử dụng ống kính góc rộng, sẽ tạo ra một hình ảnh có cùng số pixel được chia trên một diện tích lớn hơn nhiều.
Máy ảnh và cánh tay được điều khiển qua Bluetooth từ điện thoại thông minh từ khoảng cách lên tới 120 mét, chỉ dài hơn một chút so với sân bóng đá.
Các nhà nghiên cứu đã gắn hệ thống di động của chúng vào lưng của hai loại bọ cánh cứng khác nhau – một con bọ cánh cứng chết và một con bọ cánh cứng Pinacate. Các con bọ cánh cứng tương tự đã được biết là có thể mang tải nặng hơn nửa gram.
Các nhà khoa học đảm bảo rằng bọ cánh cứng vẫn có thể di chuyển đúng cách khi chúng mang theo hệ thống của họ. Chúng có thể tự do di chuyển trên sỏi, lên dốc và thậm chí trèo cây.
Bọ cánh cứng cũng sống ít nhất một năm sau khi thí nghiệm kết thúc.
Nhóm nghiên cứu đã thêm một gia tốc kế nhỏ vào hệ thống của mình để có thể phát hiện khi con bọ di chuyển. Sau đó, nó chỉ chụp được hình ảnh trong thời gian đó. Nếu máy ảnh chỉ phát liên tục mà không có gia tốc kế này, chúng ta có thể ghi lại một đến hai giờ trước khi hết pin. Với máy đo gia tốc, chúng ta có thể ghi lại trong sáu giờ trở lên, tùy thuộc vào mức độ hoạt động của bọ cánh cứng.
Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng hệ thống camera của họ để thiết kế robot tự hành năng lượng mặt đất nhỏ nhất thế giới với tầm nhìn không dây. Robot có kích thước côn trùng này sử dụng các rung động để di chuyển và tiêu thụ năng lượng gần như tương đương với các bộ đàm Bluetooth công suất thấp cần hoạt động.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các rung động đã làm rung máy ảnh và tạo ra những hình ảnh bị bóp méo. Các nhà nghiên cứu đã giải quyết vấn đề này bằng cách cho robot dừng lại trong giây lát, chụp ảnh và sau đó tiếp tục hành trình. Với chiến lược này, hệ thống vẫn có thể di chuyển khoảng 2 đến 3 cm mỗi giây – nhanh hơn bất kỳ robot nhỏ nào khác sử dụng rung động để di chuyển – và có thời lượng pin khoảng 90 phút.
Trong khi nhóm nghiên cứu rất hào hứng về tiềm năng của máy ảnh di động nhẹ và năng lượng thấp, các nhà nghiên cứu thừa nhận rằng công nghệ này đi kèm với một loạt rủi ro riêng tư mới.
“Là nhà nghiên cứu, chúng tôi tin tưởng mạnh mẽ rằng việc đưa mọi thứ vào phạm vi công cộng thực sự quan trọng để mọi người nhận thức được rủi ro và vì vậy mọi người có thể bắt đầu đưa ra các giải pháp để giải quyết chúng”, Gollakota nói.
Các ứng dụng có thể bao gồm từ sinh học đến khám phá môi trường mới lạ, các nhà nghiên cứu cho biết. Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng các phiên bản tương lai của máy ảnh sẽ cần ít năng lượng hơn và không cần pin, có khả năng sử dụng năng lượng mặt trời.
Đây là lần đầu tiên chúng ta có góc nhìn người thứ nhất từ phía sau con bọ trong khi nó đi dạo xung quanh. Có rất nhiều câu hỏi bạn có thể khám phá, chẳng hạn như con bọ phản ứng với những kích thích khác nhau mà nó nhìn thấy trong môi trường? Nhưng ngoài ra, côn trùng có thể vượt qua môi trường đá, điều thực sự thách thức đối với robot ở quy mô này. Vì vậy, hệ thống này cũng có thể giúp chúng tôi ra ngoài bằng cách cho chúng tôi xem hoặc thu thập các mẫu từ các không gian khó di chuyển.
Nghiên cứu này được tài trợ bởi một học bổng của Microsoft và Quỹ khoa học quốc gia.
Video: https://www.youtube.com/watch?v=115BGUZopHs&feature=emb_logo
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Washington . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :