Käfer-montierte Kamera streamt die Welt durch ihre Augen

Wissenschaftler der University of Washington (UW) in Seattle haben eine kleine, kabellose Kamera entwickelt, die auf lebenden Käfern und insektengroßen Robotern montiert werden kann, um Live-Aufnahmen aus der Perspektive eines Käfers zu streamen.

Die Miniaturkamera, die als „GoPro für Käfer“ beschrieben wird, wiegt etwa 250 Milligramm (ungefähr ein Zehntel des Gewichts einer Spielkarte) und verbraucht nur eine minimale Menge an Energie.

Sie streamt Videoclips mit einer Rate von ein bis fünf Bildern pro Sekunde (1-5 FPS) von niedrigauflösenden, schwarz-weißen Aufnahmen von einem Käfers Rücken auf ein nahegelegenes Smartphone über Bluetooth aus einer Entfernung von bis zu 120 Metern. Das an das Smartphone gesendete Filmmaterial hat eine Auflösung von 160 mal 120 Pixeln.

Die Kamera sitzt auf einem mechanischen Arm, der sich um 60 Grad drehen kann, was es dem Betrachter ermöglicht, ein hochauflösendes, panoramisches Bild aufzunehmen oder ein sich bewegendes Objekt zu verfolgen, während nur eine minimale Menge an Energie verbraucht wird.

„Wir haben ein energiesparendes, leichtes, kabelloses Kamerasystem geschaffen, das eine Ich-Perspektive von dem, was passiert, aus einem echten lebenden Insekt aufnehmen oder eine Sicht für kleine Roboter schaffen kann“, sagte der Hauptautor Shyam Gollakota, ein UW-Professor für Computerwissenschaften und Ingenieurwesen.

„Sicht ist so wichtig für Kommunikation und Navigation, aber es ist extrem herausfordernd, dies in so kleinem Maßstab zu tun. Daher war drahtlose Sicht vor unserer Arbeit für kleine Roboter oder Insekten nicht möglich.“

Laut Gollakota hat das Aufnehmen von Filmmaterial während der Bewegung von Käfern einen energiesparenden Vorteil gegenüber insektenähnlichen Robotern oder Drohnen.

„Diese Mobilität entlädt den Akku wirklich stark“, sagt er. „Durch die Kombination dieser beiden unterschiedlichen Dinge – lebende Tiere mit Sensoren – erhält man im Grunde das Beste aus beiden Welten.“

Die Kamera wird von einem Lithium-Polymer-Akku betrieben, der über eine Stunde lang kontinuierlich betrieben werden kann, sagt Mitautor Vikram Iyer, ein UW-Doktorand in Elektrotechnik und Computertechnik.

Um die Akkulaufzeit zu schonen, haben die Forscher einen Beschleunigungssensor in die Kamera integriert, um Fotos nur aufzunehmen, wenn sich das Insekt bewegt. Dadurch könnte die Kamera bei voller Ladung sechs Stunden lang betrieben werden.

„Wir haben unserem System einen kleinen Beschleunigungssensor hinzugefügt, um erkennen zu können, wann sich der Käfer bewegt. Dann nimmt er nur während dieser Zeit Bilder auf“, sagte Iyer.

„Wenn die Kamera einfach kontinuierlich streamt, ohne diesen Beschleunigungssensor, könnten wir ein bis zwei Stunden aufzeichnen, bevor der Akku leer ist. Mit dem Beschleunigungssensor könnten wir sechs Stunden oder mehr aufzeichnen, abhängig vom Aktivitätsniveau des Käfers.“

Die Forscher befestigten ihren abnehmbaren Rucksack an zwei verschiedenen Arten, dem glatten Totenkopfkäfer (Asbolus laevis) und dem Pinacatekäfer (Eleodes nigrina), die dafür bekannt sind, Lasten von mehr als einem halben Gramm tragen zu können.

„Wir haben sichergestellt, dass die Käfer sich weiterhin richtig bewegen konnten, während sie unser System trugen“, sagte Mitautor Ali Najafi, ein UW-Doktorand in Elektrotechnik und Computertechnik. „Sie konnten frei über Kies navigieren, einen Hang hinauf und sogar Bäume hinaufklettern.“

Die Käfer lebten auch mindestens ein Jahr, nachdem das Experiment beendet war.

Nach der Forschung mit den Insekten verwendete das Team ihr Kamerasystem auch, um „den kleinsten terrestrischen, energieautarken Roboter mit drahtloser Sicht der Welt“ zu entwickeln, der nach dem System demonstriert wurde, das an den Insekten verwendet wurde.

Während die Forscher über die Perspektive für leichte und energieeffiziente mobile Kameras begeistert sind, räumten sie auch ein, dass es Datenschutzprobleme geben wird, da es das Potenzial für geheime Überwachung hat.

„Als Forscher glauben wir fest daran, dass es wirklich wichtig ist, Dinge in den öffentlichen Bereich zu stellen, damit die Menschen sich der Risiken bewusst sind und damit die Menschen beginnen können, Lösungen zu finden, um diese anzugehen“, sagte Gollakota.

Das Team veröffentlichte die Ergebnisse der Forschung am 15. Juli in der Zeitschrift „Scientific Robotics“.