محققان دانشگاه واشنگتن یک ربات حشره بسیار ریز به همراه دوربین رباتیک GoPro در پشت آن ساخته اند تا بتواند از زندگی حشرات ریز حتی مورچه ها فیلم بگیرد.
این تیم برای نشان دادن تطبیق پذیری این سیستم که حدود 250 میلی گرم وزن دارد – حدود یک دهم وزن کارت بازی – این تیم آن را بر روی سوسک های زنده و ربات های اندازه حشره سوار کردند.
دوربین رباتیک GoPro چگونه کار می کند؟
این دوربین که ویدیو را با سرعت 1 تا 5 فریم در ثانیه به موبایل هوشمند می فرستد، روی یک بازوی مکانیکی قرار دارد تا بتواند در زاویه 60 درجه بچرخد. به این ترتیب ربات می تواند تصاویری با کیفیت بالاتر و پانارومیک را ضبط کند یا یک شی متحرک را با مصرف کم انرژی ردیابی کند. برای نشان دادن تطبیق پذیری این سیستم که حدود 250 میلی گرم وزن دارد که حدود یک دهم وزن یک کارت می باشد. آن را بر روی یک ربات سوسک زنده در اندازه یک حشره قرار دادند.
مدیر ارشد این تیم تحقیقاتی می گوید: “ما یک ربات حشره با مصرف کم انرژی، بسیار سبک با دوربین رباتیک بی سیم که می تواند فیلم زنده از زندگی حشرات بگیرد و برای رباتهای کوچک یک بینایی ایجاد کند”. بینایی مساله مهمی در ارتباطات و ردیابی در علم رباتیک می باشد، اما انجام این کار در این مقیاس، بسیار چالش برانگیز است. قبل از این، تکنولوژی وایرلس در بینایی برای رباتهای حشره و کوچک، غیر ممکن بود.
چالشهای پژوهش
دوربین های کوچک همانند دوربینهایی که در گوشی های هوشمند به کار رفته، انرژی زیادی برای تصویربرداری با کیفیت بالا و گسترده، مصرف می کنند. همچنین قابلیت تصویر برداری در مقیاس حشرات را ندارد. البته دوربین ها سبک وزن هستند اما باتری که برای فیلم برداری نیاز دارند، سبب می شود که وزن کل سیستم بالا برود و برای حشرات یا رباتهای حشره مطلوب نیست. به همین دلیل برای ساخت دوربین رباتیک GoPro شرایط بیولوژیکی برخی از حشرات را بررسی کردیم.
همانند دوربین ها، بینایی در حیوانات نیز انرژی زیادی نیاز دارد. البته این مساله در موجودات بزرگتر مانند انسان کمتر است، اما مگس ها 10 تا 20 درصد از انرژی استراحت خود را برای تأمین انرژی مغز خود استفاده می کنند که بیشتر آن برای پردازش تصویر اختصاص دارد. برای کاهش مصرف انرژی، مگس ها یک منطقه کوچک و با وضوح تصویری بالا در چشم های مختلط خود دارند. آنها سر خود را برای مشاهده آن چیزی که می خواهند، می چرخانند تا وضوح اضافی داشته باشند. به عنوان مثال، برای تعقیب طعمه یا جفت از این تکنیک استفاده می کنند. این سبب می شود تا علاوه بر داشتن وضوح تصویری بالا، انرژی خود را ذخیره کنند.
ویژگی های دوربین رباتیک GoPro
محققان برای تقلید از حشرات، از یک دوربین سیاه و سفید کوچک و بسیار کم مصرف که به کمک یک بازوی مکانیکی می تواند دید ربات را تغییر دهد، استفاده می کنند. بازو با اعمال ولتاژ بالا عمل می کند که موجب خم کردن دورین می شود تا به موقعیت مورد نظر منتقل شود. اگر تیم برق بیشتری به ربات اعمال کند، بازو قبل از اینکه به موقعیت قبلی بازگردد، در همان زاویه حدود یک دقیقه باقی می ماند. این مساله شبیه به این است که انسان می تواند سر خود را قبل از اینکه به حالت نرمال بازگرداند، در مدت کوتاهی بچرخاند و در یک جهت قرار بدهد.
یکی از مزایایی که از چرخاندن دوربین رباتیک GoPro بدست آوردیم این است که می توان بدون نیاز به انرژی زیاد، یک دید کامل و وسیعی از محیط زندگی حشرات داشته باشیم. ما می توانیم یک شی متحرک را بدون حرکت دادن کل ربات و مصرف انرژی اضافی ردیابی کنیم. همچنین این تصاویر رزولوشن بالاتری نسبت به زمانیکه از یک لنز واید استفاده کنیم، دارند. با اینکه هر دو، تصاویری با همان تعداد پیکسل ایجاد می کنند.
دوربین و بازوی ربات از طریق بلوتوث یک موبایل هوشمند از فاصله ای بیشتر از 120 متر کنترل می شود که کمی بیشتر از متراژ یک زمین فوتبال است.
دوربین رباتیک GoPro در سوسک ها
محققان این سیستم تصویر برداری را بر پشت دو نوع سوسک Pinacate و death-feigning وصل کردند. این سوسکها می توانند وزنی تا حدود 0.5 گرم را حمل کنند.
علی نجفی، دانشجوی دکترای UW در رشته مهندسی برق و کامپیوتر می گوید: ما مطمئن شدیم که سوسکها هنگام حمل دوربین رباتیک ما باز هم می توانستند به راحتی حرکت کنند و آزادانه در ماسه سنگها حرکت کنند، از یک شی بالا بروند و حتی از تنه درختان بالا بروند.
همچنین سوسکها تا یک سال پس از انجام آزمایش زندگی کردند.
Iyer یکی از محققان این پروژه می گوید: ما یک شتاب سنج کوچک نیز به سیستم اضافه کردیم تا بتواند حرکت سوسک را تشخیص دهد و شروع به ضبط تصاویر بکند. اگر قرار بود که دوربین دائماً کار کند، ما تنها می توانستیم یک تا دو ساعت قبل از تمام شدن باتری فیلم بگیریم. با استفاده از این شتاب سنج و با توجه به سطح فعالیت سوسک، می توان شش ساعت یا حتی بیشتر تصویربرداری کرد.
دوربین رباتیک GoPro در ربات حشره
محققان همچنین از دوربین رباتیک GoPro برای طراحی کوچکترین ربات زمینی با انرژی مستقل و بینایی بی سیم استفاده کردند. این ربات حشره از لرزش ها برای حرکت استفاده می کنند و تقریباً به همان اندازه ای که رادیوی بلوتوث کم مصرف، برق مصرف می کند، انرژی مصرف می کند.
با این حال، این لرزش ها موجب می شود تا دوربین دچار لرزش شود و تصاویر بی کیفیت شوند. محققان این مسأله را با متوقف کردن لحظه ای ربات، حل کردند. به این صورت که ربات حشره ابتدا عکس مورد نظرش را می گیرد و سپس دوباره به حرکت خود ادامه می دهد. با این روش، ربات می تواند در هر ثانیه دو تا سه سانتی متر سریعتر از هر ربات کوچک دیگری که با استفاده از لرزش ها حرکت می کند، حرکت کند و همچنین باتری آن تا 90 دقیقه عمر می کند.
امنیت در دوربینهای رباتیک GoPro
دوربین رباتیک متحرک با وزن بسیار کم و مصرف کم انرژی برای رباتهای حشره بسیار عالی هستند اما این سیستم با مسأله خطر امنیتی مواجه است.
محققان می گویند: ” ما به شدت بر این باوریم که اینگونه مسائل را در فضای عمومی قرار دهیم تا مردم از خطرات آگاه شوند و بتوانند راه حل هایی را برای رفع آنها ارائه دهند.”
محققان امیدوار هستند تا بتوانند در آینده دوربین هایی بسازند که مصرف انرژی کمتر و بدون نیاز به باتری و با انرژی خورشیدی کار کنند.
