Des scientifiques conçoivent le tout premier sac à dos de caméra vidéo du genre pour filmer la perspective de «Ant-Man» depuis le dos de l'insecte

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Fixation du système de caméra à un scarabée pinacate. Crédit: Mark Stone / Université de Washington.

Dans le filmL'homme fourmi, le personnage du titre peut rétrécir en taille et voyager en planant sur le dos d'un insecte. Maintenant, des chercheurs de l'Université de Washington ont développé une minuscule caméra orientable sans fil qui peut également monter à bord d'un insecte, donnant à chacun une chance de voir une vue du monde par Ant-Man.

La caméra, qui diffuse la vidéo sur un smartphone à raison de 1 à 5 images par seconde, repose sur un bras mécanique qui peut pivoter à 60 degrés. Cela permet à un spectateur de capturer une photo panoramique haute résolution ou de suivre un objet en mouvement tout en dépensant une quantité minimale d'énergie. Pour démontrer la polyvalence de ce système, qui pèse environ 250 milligrammes - environ un dixième du poids d'une carte à jouer - l'équipe l'a monté sur des coléoptères vivants et des robots de la taille d'un insecte.

Les résultats ont été publiés la semaine dernière dans Robotique scientifique .



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«Nous avons créé un système de caméra sans fil de faible puissance et de faible poids qui peut capturer une vue à la première personne de ce qui se passe à partir d'un insecte vivant réel ou créer une vision pour de petits robots», a déclaré l'auteur principal Shyam Gollakota, professeur associé à UW à la Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering. «La vision est si importante pour la communication et pour la navigation, mais il est extrêmement difficile de le faire à une si petite échelle. En conséquence, avant nos travaux, la vision sans fil n’était pas possible pour les petits robots ou les insectes. »

Les petits appareils photo classiques, tels que ceux utilisés dans les smartphones, consomment beaucoup d'énergie pour capturer des photos grand angle et haute résolution, et cela ne fonctionne pas à l'échelle des insectes. Bien que les caméras elles-mêmes soient légères, les batteries dont elles ont besoin pour les soutenir rendent l'ensemble du système trop gros et trop lourd pour que des insectes - ou des robots de la taille d'un insecte - puissent être transportés. L'équipe a donc pris une leçon de biologie.

«Semblable aux caméras, la vision chez les animaux nécessite beaucoup de puissance», a déclaré le co-auteur Sawyer Fuller, professeur adjoint de génie mécanique à l'UW. «C'est moins grave chez les créatures plus grosses comme les humains, mais les mouches utilisent 10 à 20% de leur énergie de repos juste pour alimenter leur cerveau, dont la plupart est consacrée au traitement visuel. Pour aider à réduire les coûts, certaines mouches ont une petite région haute résolution de leurs yeux composés. Ils tournent la tête pour diriger là où ils veulent voir avec plus de clarté, comme pour chasser une proie ou un compagnon. Cela permet d'économiser de l'énergie par rapport à une haute résolution sur l'ensemble de leur champ visuel. »

Des chercheurs de l'Université de Washington ont mis au point une minuscule caméra qui peut monter à bord d'un insecte. Ici, un scarabée Pinacate explore le campus UW avec la caméra sur le dos. Crédit: Mark Stone / Université de Washington.

Pour imiter la vision d’un animal, les chercheurs ont utilisé une minuscule caméra noir et blanc à très faible puissance qui peut balayer un champ de vision à l’aide d’un bras mécanique. Le bras bouge lorsque l'équipe applique une haute tension, ce qui fait plier le matériau et déplacer la caméra vers la position souhaitée. À moins que l'équipe n'applique plus de puissance, le bras reste à cet angle pendant environ une minute avant de se détendre à sa position d'origine. Ceci est similaire à la façon dont les gens peuvent garder la tête tournée dans une direction pendant une courte période de temps avant de revenir à une position plus neutre.

«L'un des avantages de pouvoir déplacer la caméra est que vous pouvez obtenir une vue grand angle de ce qui se passe sans consommer une énorme quantité d'énergie», a déclaré le co-auteur principal Vikram Iyer, étudiant au doctorat à l'UW en génie électrique et informatique. «Nous pouvons suivre un objet en mouvement sans avoir à dépenser l'énergie nécessaire pour déplacer un robot entier. Ces images sont également à une résolution plus élevée que si nous utilisions un objectif grand angle, ce qui créerait une image avec le même nombre de pixels répartis sur une zone beaucoup plus grande. »

La caméra et le bras sont contrôlés via Bluetooth à partir d'un smartphone à une distance allant jusqu'à 120 mètres, juste un peu plus long qu'un terrain de football.

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Les chercheurs ont attaché leur système amovible au dos de deux types différents de coléoptères: un coléoptère simulant la mort et un pinacate. Des coléoptères similaires sont connus pour être capables de transporter des charges de plus d'un demi-gramme, ont déclaré les chercheurs.

«Nous nous sommes assurés que les coléoptères pouvaient encore se déplacer correctement lorsqu'ils portaient notre système», a déclaré le co-auteur principal Ali Najafi, un étudiant au doctorat de l'UW en génie électrique et informatique. «Ils ont pu naviguer librement sur du gravier, monter une pente et même grimper aux arbres.»

Les coléoptères ont également vécu au moins un an après la fin de l'expérience.

«Nous avons ajouté un petit accéléromètre à notre système pour pouvoir détecter quand le scarabée bouge. Ensuite, il ne capture que des images pendant cette période », a déclaré Iyer. «Si la caméra diffuse en continu sans cet accéléromètre, nous pourrions enregistrer une à deux heures avant que la batterie ne s'éteigne. Avec l’accéléromètre, nous pourrions enregistrer pendant six heures ou plus, selon le niveau d’activité du scarabée. »

Les chercheurs ont également utilisé leur système de caméra pour concevoir le plus petit robot terrestre autonome au monde avec vision sans fil. Ce robot de la taille d'un insecte utilise des vibrations pour se déplacer et consomme presque la même puissance que les radios Bluetooth à faible puissance nécessaires pour fonctionner.

L'équipe a cependant constaté que les vibrations secouaient la caméra et produisaient des images déformées. Les chercheurs ont résolu ce problème en demandant au robot de s'arrêter momentanément, de prendre une photo, puis de reprendre son voyage. Avec cette stratégie, le système était toujours capable de se déplacer d'environ 2 à 3 centimètres par seconde - plus rapidement que tout autre petit robot qui utilise des vibrations pour se déplacer - et avait une autonomie d'environ 90 minutes.

Des chercheurs de l'Université de Washington ont mis au point une minuscule caméra qui peut monter à bord d'un robot de la taille d'un insecte qu'ils ont conçu. Crédit: Mark Stone / Université de Washington.

Alors que l'équipe est enthousiasmée par le potentiel des caméras mobiles légères et de faible puissance, les chercheurs reconnaissent que cette technologie comporte un nouvel ensemble de risques pour la vie privée.

«En tant que chercheurs, nous croyons fermement qu'il est vraiment important de mettre les choses dans le domaine public afin que les gens soient conscients des risques et que les gens puissent commencer à trouver des solutions pour y faire face», a déclaré Gollakota.

Les applications pourraient aller de la biologie à l'exploration de nouveaux environnements, ont déclaré les chercheurs. L'équipe espère que les futures versions de la caméra nécessiteront encore moins d'énergie et seront sans batterie, voire même alimentées à l'énergie solaire.

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«C’est la première fois que nous avons une vue à la première personne de l’arrière d’un scarabée pendant qu’il se promène. Il y a tellement de questions que vous pourriez explorer, par exemple comment le coléoptère réagit-il aux différents stimuli qu'il voit dans l'environnement? » Dit Iyer. «Mais aussi, les insectes peuvent traverser des environnements rocheux, ce qui est vraiment difficile pour les robots à cette échelle. Ce système peut donc également nous aider en nous permettant de voir ou de collecter des échantillons dans des espaces difficiles à parcourir. »

Réimprimé à partir du Université de Washington

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