昆虫が背負うロボティック・アクションカメラ

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

2020/7/15 アメリカ合衆国・ワシントン大学(UW)

・ UW が、昆虫の背上に搭載できる超低エネルギー消費の超小型・超軽量ワイヤレスカメラシステムを開発。
・ 重さ約 250mg の同カメラシステムは、動き回る昆虫の背の上で 60°を網羅するメカニカルアームが動く被写体を追跡し、高解像度画像を一人称視点で撮影。1~5fps の動画をスマートフォンに配信する。
・ スマートフォン搭載されるような小型カメラは、広角・高解像度撮像で電力を大量に消費する。また、カメラ自体が軽量でもバッテリーにより全体重量が増加するため、小型ロボットや昆虫のようなスケールでの実現が困難であった。
・ 今回、ハエが獲物を追跡する際に、頭部を傾けることで複眼中の高解像度領域のみを利用してエネルギーを節約する仕組みに着想を得て、小型ロボットや昆虫スケールのワイヤレスビジョンを実現した。
・ 小型のモノクロカメラを装着したアームは電圧がかかることで動き、それ以上の電圧がかからなければ約 1 分間停止後元の位置に戻る。このように、エネルギーを大量に使用することなくワイドアングルで撮像。カメラとアームは Bluetooth を介して 120m 先からスマートフォンでコントロールできる。
・ 0.5g 超の重量物が運搬可能な 2 種類の昆虫の背に同カメラシステムを搭載すると、昆虫らは砂利の上や斜面を自由に動き回り、木に登ることもできた。また、小型の加速度計を追加して昆虫が動いた場合のみの撮像の仕組みを追加し、昆虫の活動レベルによって 6 時間超撮像した。加速度計が無い場合は1~2時間の撮像でバッテリーが消耗。昆虫らは同実験終了後少なくとも約1年間生存した。
・ また、ワイヤレスビジョンを有する昆虫サイズの自律型ロボットを作製。振動を利用し、Bluetooth のような低電力で稼働する。ただし、振動により画像が歪むため、撮像時にはロボットを一時停止させた。同ロボットは、振動駆動による他の小型ロボットよりも速い、毎秒約 2~3cm の距離を移動。バッテリー寿命は約 90 分であった。
・ 同カメラシステムは、生物学や環境探査でのアプリケーションが可能。より少量のエネルギーで稼働する、太陽エネルギーを利用したバッテリーフリーのカメラの開発が目標。超軽量の低電力モバイルカメラ技術としての期待が盛り上がる一方で、プライバシー保護の課題への対処も重要と考える。
・ 本研究には、Microsoft フェローシップおよび米国科学財団(NSF)が資金を提供した。
URL: https://www.washington.edu/news/2020/07/15/robotic-camera-backpack-for-insects/

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Science Robotics 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Wireless steerable vision for live insects and insect-scale robots
URL: https://robotics.sciencemag.org/content/5/44/eabb0839

Abstract

Vision serves as an essential sensory input for insects but consumes substantial energy resources. The cost to support sensitive photoreceptors has led many insects to develop high visual acuity in only small retinal regions and evolve to move their visual systems independent of their bodies through head motion. By understanding the trade-offs made by insect vision systems in nature, we can design better vision systems for insect-scale robotics in a way that balances energy, computation, and mass. Here, we report a fully wireless, power-autonomous, mechanically steerable vision system that imitates head motion in a form factor small enough to mount on the back of a live beetle or a similarly sized terrestrial robot. Our electronics and actuator weigh 248 milligrams and can steer the camera over 60° based on commands from a smartphone. The camera streams “first person” 160 pixels–by–120 pixels monochrome video at 1 to 5 frames per second (fps) to a Bluetooth radio from up to 120 meters away. We mounted this vision system on two species of freely walking live beetles, demonstrating that triggering image capture using an onboard accelerometer achieves operational times of up to 6 hours with a 10–milliamp hour battery. We also built a small, terrestrial robot (1.6 centimeters by 2 centimeters) that can move at up to 3.5 centimeters per second, support vision, and operate for 63 to 260 minutes. Our results demonstrate that steerable vision can enable object tracking and wide-angle views for 26 to 84 times lower energy than moving the whole robot.

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