像是把GoPro裝在甲蟲身上!華盛頓大學研發出能用於昆蟲的微型攝影機

像是把GoPro裝在甲蟲身上!華盛頓大學研發出能用於昆蟲的微型攝影機

電影《蟻人》中,史考特朗恩能縮小成螞蟻般的大小,用昆蟲的視野探索環境。華盛頓大學開發出了一種能安裝在昆蟲上的微型攝影系統,讓使用者能跟著昆蟲的腳步,用蟻人的視野紀錄世界。

華盛頓大學(University of Washington)的研究團隊開發出了一套微型攝影系統,將結果發表在 7月15日的《科學機器人》(Science Robotics)期刊上。在這套系統中,攝影機被安裝在可以旋轉60度的機械臂上,能以每秒1~5格的速度將影片串流至智慧型手機,相機和手臂藉由藍芽與智慧型手機連結,在120公尺內都能進行控制。

為了展示攝影機的多元應用,團隊將攝影機安裝在甲蟲和昆蟲大小的機器人上。研究人員一共將攝影機裝在兩種不同類型的甲蟲背上,已知類似的甲蟲能夠承受超過半公克的重量。實驗結束後,甲蟲仍然活了至少一年。

電腦科學與工程學系(CSE)的副教授Shyam Gollakota說:

「我們創造了一種​功耗低、重量輕的無線攝影系統,可以捕捉到昆蟲的第一視角,或者為小型機器人建立視覺功能。視覺對於通訊和導航非常重要,但要將規模縮的這麼小,非常具有挑戰性。」

研究人員正將攝影機安裝在甲蟲背上(圖片來源: Mark Stone / University of Washington)

研究團隊首先遇到的挑戰,是現有的小型攝影機儘管本體輕巧,但卻很耗電。裝上能讓攝影機正常運作的電池,會讓整個系統變得又大又笨重,昆蟲是不可能背的動的。因此團隊決定從大自然中學習,借鏡昆蟲的視覺系統構造。

機械工程學系的助理教授Sawyer Fuller解釋,對動物來說,影像處理需要相當多的能量,對人類這樣體積較大的生物來說,好像沒什麼大不了,但對於蒼蠅這樣的小型生物,大腦的功能大部分都會拿去作視覺處裡,得消耗10~20%的能量。

一些種類的蒼蠅因此發展出了獨特的視覺構造。牠們複眼中的一小塊區域,能夠看見較高解析度的影像,捕捉獵物、求偶時,再移動頭部看準目標,這樣一來就不需要讓整個視野都佈滿高解析度的視覺受器,因為這麼做消耗太多能量了。

輕巧的微型攝影機能讓甲蟲上山下海都不受阻礙。(圖片來源: Mark Stone / University of Washington)

團隊選擇使用一個微型的超低功耗黑白相機,藉由機械臂的轉動,便能掃過整個視野。其中機械臂的製造材料在較高的電壓下會彎曲,並能維持角度大約一分鐘。團隊利用操控電壓的高低,就能將攝影機移動到所需位置。

電機電腦工程學系(ECE)的博士研究生Vikram Iyer說:

「藉著移動相機,我們能捕捉到更全面的視角,又不會耗費太多能量,解析度也比使用廣角鏡頭時更高。」

儘管研究團隊認為輕巧、低功耗的攝影機潛力無窮,但他們也承認這項技術可能帶來隱私侵犯的問題,因為如此小巧的攝影機被藏起來時幾乎不會被發現。

攝影機也能安裝在機器人身上,讓微型機器人也有視覺功能(圖片來源: Mark Stone / University of Washington)

華盛頓大學研發的微型攝影機,從生物學研究到環境探索都能應用。未來團隊仍會持續改進攝影機的結構,研發耗電量更低,甚至是能以太陽能供電的微型攝影系統,提供更完善的解決方案。

資料來源:

A GoPro for beetles: Researchers create a robotic camera backpack for insects

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