Camera siêu nhẹ, cưỡi lưng côn trùng ghi lại khoảnh khắc kỳ diệu của tự nhiên

Nhờ một camera siêu nhỏ, siêu nhẹ mới, bạn có thể quan sát thế giới tự nhiên một cách chân thực nhất từ phía sau lưng con bọ cánh cứng.

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Washington (UW) đã phát triển một chiếc máy ảnh cầm tay không dây nhỏ bé mới, có thể “cưỡi” trên lưng một con côn trùng, ghi lại những khoảnh khắc chân thực, kỳ diệu nhất trong thế giới tự nhiên.

Hệ thống máy ảnh này có thể chụp ảnh ở tốc độ 1 đến 5 khung hình mỗi giây, truyền dữ liệu đến điện thoại thông minh, nó nằm trên một cánh tay cơ học có thể xoay 60 độ, cho phép người điều khiển có thể chụp được ảnh có độ phân giải cao, toàn cảnh, hoặc theo dõi đối tượng chuyển động trong tự nhiên một cách chân thực nhất, mà ít tiêu hao năng lượng.

Điểm cộng cho hệ thống này đó là nó siêu nhẹ, chỉ nặng khoảng 250 miligam, tương đương chỉ bằng 1/10 trọng lượng một lá bài. Nhờ vậy, hệ thống này có thể gắn dễ dàng trên những con bọ cánh cứng, hay những con robot chuyên dụng có kích thước côn trùng để thực hiện các cảnh quay video, chụp ảnh.

Shyam Gollakota, phó giáo sư của 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, tiêu hao năng lượng thấp, có thể thu được góc nhìn tự nhiên nhất, chân thật nhất về những gì đang xảy ra trong giới tự nhiên, từ góc nhìn của một con côn trùng sống thực sự hay các robot nhỏ “.

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, nó có độ phân giải cao. Mặc dù các máy ảnh rất nhẹ, nhưng pin mà chúng cần để hỗ trợ khi vận hành càng khiến toàn hệ thống chung trở nên quá to, cồng kềnh, điều này với một con côn trùng là không thể.

“Tương tự như máy ảnh, tầm nhìn ở động vật cũng đòi hỏi rất nhiều năng lượng”, đồng tác giả Sawyer Fuller, Trợ lý giáo sư kỹ thuật cơ khí của UW cho biết. “Đó không phải là vấn đề lớn ở những sinh vật lớn hơn như con người, hiện ruồi đang sử dụng 10 đến 20% năng lượng của chúng chỉ để cung cấp năng lượng cho bộ não khi xử lý thị giác”.

Để tiết kiệm năng lượng, có vài loài côn trùng có khả năng 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 hơn khi thăm dò hình ảnh có độ phân giải cao trên toàn bộ trường thị giác của chúng”.

Để bắt chước tầm nhìn của côn trùng, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một chiếc máy ảnh đen trắng cực nhỏ, cực thấp, có thể quét ngang tầm nhìn với sự trợ giúp của cánh tay cơ khí. Cánh tay cơ học này được vận hành bằng điện áp nhỏ, nó có thể uống cong, gập đưa camera tới vị trí, góc nhìn mong muốn.

Bộ camera và cánh tay cơ học này 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 camera di động này 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 này đã được kiểm nghiệm có thể mang tải trọng nặng hơn nửa gram trên lưng, các nhà nghiên cứu cho biết.

Tác giả Ali Najafi, tiến sĩ của UW về kỹ thuật điện tử và máy tính cho biết: “Chúng tôi đảm bảo rằng, bọ cánh cứng vẫn có thể di chuyển đúng cách khi chúng mang theo hệ thống này của chúng tôi”.

“Chúng có thể tự do di chuyển trên sỏi, lên dốc, thậm chí trèo cây và bọ cánh cứng này cũng sống ít nhất một năm sau khi thí nghiệm của chúng tôi kết thúc”.

“Chúng tôi đã thêm một gia tốc kế nhỏ vào hệ thống của mình để tăng cường khả năng chụp ảnh khi con bọ di chuyển”, Iyer nói. “Nếu máy ảnh chỉ chụp liên tục mà không có gia tốc kế này, nó có thể chụp lại một đến hai giờ trước khi hết pin. Với máy đo gia tốc, camera có thể chụp ảnh hoặc quay video liên tục từ sáu giờ trở lên, còn tùy thuộc vào sức di chuyển của con bọ cánh cứng đó trong thời gian thực”.

Nhóm cũng sử dụng hệ thống camera này để thiết kế robot tự hành không dây di chuyển trên mặt đất nhỏ nhất thế giới. 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, họ phát hiện ra rằng, các rung động đã làm rung máy ảnh và tạo ra những hình ảnh bị bóp méo. Để giải quyết vấn đề này, các chuyên gia nghĩ tới 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 nhanh hơn khoảng 2 đến 3 cm mỗi giây so với bất kỳ robot nhỏ nào khác sử dụng rung động để di chuyển, và vận hành tốt trong thời lượng pin khoảng 90 phút.

Nhờ hệ thống này, giới khoa học, sinh vật học dễ dàng khám phá môi trường sinh học, tự nhiên một cách chân thực nhất. Nhóm nghiên cứu hy vọng, các phiên bản tương lai sẽ cần ít năng lượng hơn và không cần pin, có khả năng sử dụng năng lượng mặt trời để vận hành và di chuyển.

Công trình này được thực hiện bắt đầu từ ngày 29/1, được chấp thuận phát hành vào ngày 4/6 và vừa được công bố trên Tạp chí Science Robotics Hoa Kỳ vào ngày 15/7.

(Theo Techxplore)