En la película "Ant-Man", el personaje principal puede encogerse de tamaño y viajar volando sobre la espalda de un insecto. Ahora, investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado una pequeña cámara direccional inalámbrica que también puede viajar a bordo de un insecto., dando a todos la oportunidad de ver una visión del mundo de Ant-Man.
La cámara, que transmite video a un teléfono inteligente a una velocidad de 1 a 5 cuadros por segundo, se apoya en un brazo mecánico que puede girar 60 grados. Esto permite al espectador capturar una toma panorámica de alta resolución o seguir un objeto en movimiento mientras gastauna cantidad mínima de energía. Para demostrar la versatilidad de este sistema, que pesa alrededor de 250 miligramos, aproximadamente una décima parte del peso de un naipe, el equipo lo montó encima de escarabajos vivos y robots del tamaño de insectos.
Los resultados se publicarán el 15 de julio en Ciencia robótica .
"Hemos creado un sistema de cámara inalámbrica de bajo consumo y bajo peso que puede capturar una vista en primera persona de lo que está sucediendo desde un insecto vivo real o crear una visión para pequeños robots", dijo el autor principal Shyam Gollakota, unprofesor asociado en la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Paul G. Allen. "La visión es muy importante para la comunicación y la navegación, pero es extremadamente difícil hacerlo a una escala tan pequeña. Como resultado, antes de nuestro trabajo, la visión inalámbricano ha sido posible para pequeños robots o insectos ".
Las cámaras pequeñas típicas, como las que se usan en los teléfonos inteligentes, usan mucha energía para capturar fotos de gran angular y alta resolución, y eso no funciona a escala de insectos. Si bien las cámaras son livianas, las bateríasnecesitan apoyarlos para que el sistema general sea demasiado grande y pesado para que los insectos o robots del tamaño de un insecto lo carguen. Así que el equipo aprendió una lección de biología.
"Al igual que las cámaras, la visión en los animales requiere mucho poder", dijo el coautor Sawyer Fuller, profesor asistente de ingeniería mecánica de la Universidad de Washington. "Es menos importante en criaturas más grandes como los humanos, pero las moscas usan 10al 20% de su energía en reposo solo para alimentar sus cerebros, la mayor parte de la cual se dedica al procesamiento visual. Para ayudar a reducir el costo, algunas moscas tienen una pequeña región de alta resolución en sus ojos compuestos. Giran la cabeza para dirigirse hacia dondequieren ver con mayor claridad, como para perseguir una presa o una pareja. Esto ahorra poder sobre la alta resolución en todo su campo visual ".
Para imitar la visión de un animal, los investigadores utilizaron una pequeña cámara en blanco y negro de potencia ultrabaja que puede barrer un campo de visión con la ayuda de un brazo mecánico. El brazo se mueve cuando el equipo aplica un altotensión, que hace que el material se doble y mueva la cámara a la posición deseada. A menos que el equipo aplique más potencia, el brazo permanece en ese ángulo durante aproximadamente un minuto antes de volver a su posición original. Esto es similar a cómo las personas pueden mantener sucabeza girada en una dirección sólo por un corto período de tiempo antes de volver a una posición más neutral.
"Una ventaja de poder mover la cámara es que puede obtener una vista de gran angular de lo que está sucediendo sin consumir una gran cantidad de energía", dijo el coautor principal Vikram Iyer, estudiante de doctorado de la Universidad de Washington en electricidad y computación.ingeniería. "Podemos rastrear un objeto en movimiento sin tener que gastar la energía para mover un robot completo. Estas imágenes también tienen una resolución más alta que si usáramos una lente gran angular, lo que crearía una imagen con la misma cantidad de píxelesdividido en un área mucho más grande ".
La cámara y el brazo se controlan a través de Bluetooth desde un teléfono inteligente desde una distancia de hasta 120 metros, solo un poco más largo que un campo de fútbol.
Los investigadores conectaron su sistema extraíble a la espalda de dos tipos diferentes de escarabajos: un escarabajo que simula la muerte y un escarabajo Pinacate. Se sabe que escarabajos similares pueden transportar cargas de más de medio gramo, dijeron los investigadores.
"Nos aseguramos de que los escarabajos pudieran moverse correctamente cuando llevaban nuestro sistema", dijo el coautor principal Ali Najafi, un estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Washington. "Pudieron navegar libremente a través de la grava, unpendiente e incluso trepar a los árboles ".
Los escarabajos también vivieron durante al menos un año después de que terminó el experimento.
"Agregamos un pequeño acelerómetro a nuestro sistema para poder detectar cuándo se mueve el escarabajo. Entonces solo captura imágenes durante ese tiempo", dijo Iyer. "Si la cámara está transmitiendo continuamente sin este acelerómetro, podríamos grabar unahasta dos horas antes de que se agotara la batería. Con el acelerómetro, podríamos registrar durante seis horas o más, dependiendo del nivel de actividad del escarabajo ".
Los investigadores también utilizaron su sistema de cámara para diseñar el robot terrestre autónomo más pequeño del mundo con visión inalámbrica. Este robot del tamaño de un insecto utiliza vibraciones para moverse y consume casi la misma energía que necesitan para funcionar las radios Bluetooth de baja potencia.
El equipo descubrió, sin embargo, que las vibraciones sacudían la cámara y producían imágenes distorsionadas. Los investigadores resolvieron este problema haciendo que el robot se detuviera momentáneamente, tomara una fotografía y luego reanudara su viaje. Con esta estrategia, el sistema aún podíase mueven de 2 a 3 centímetros por segundo, más rápido que cualquier otro robot pequeño que use vibraciones para moverse, y tenía una duración de batería de aproximadamente 90 minutos.
Si bien el equipo está entusiasmado con el potencial de las cámaras móviles livianas y de bajo consumo, los investigadores reconocen que esta tecnología conlleva un nuevo conjunto de riesgos de privacidad.
"Como investigadores, creemos firmemente que es realmente importante poner las cosas en el dominio público para que las personas sean conscientes de los riesgos y puedan comenzar a encontrar soluciones para abordarlos", dijo Gollakota.
Las aplicaciones pueden ir desde la biología hasta la exploración de entornos novedosos, dijeron los investigadores. El equipo espera que las versiones futuras de la cámara requieran incluso menos energía y no requieran batería, posiblemente con energía solar.
"Esta es la primera vez que hemos tenido una vista en primera persona desde la parte trasera de un escarabajo mientras camina. Hay tantas preguntas que podrías explorar, como cómo responde el escarabajo a diferentes estímulos que", dijo Iyer." Pero también, los insectos pueden atravesar entornos rocosos, lo que es realmente un desafío para los robots a esta escala. Por lo tanto, este sistema también puede ayudarnos al permitirnos ver o recolectar muestras de-navegar espacios. "
Esta investigación fue financiada por una beca de Microsoft y la National Science Foundation.
Video: http://www.youtube.com/watch?v=115BGUZopHs&feature=emb_logo
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