곤충에 탑재된 미니 카메라 GoPro(고프로)
- 기술 / 문광주 기자 / 2020-07-16 14:34:58
딱정벌레 등에서 미니 카메라가 라이브 영상을 전송한다.
250밀리그램 무게. 160*160픽셀. 120미터 떨러진 곳에 블루투스로 전송.
미니 로봇의 응용 범위 새롭게 확대.가속센서 부착. 60도 회전.
곤충을 위한 GoPro
무선 미니 카메라는 딱정벌레 등의 관점에서 라이브 이미지를 보여준다.
딱정벌레의 눈으로 :
새로운 미니카메라가 처음으로 곤충의 관점에서 무선 및 실시간으로 세상을 보여준다.
카메라는 딱정벌레 또는 미니 로봇이 후면에 휴대할 수 있을 정도로 작고 가볍기 때문이다. Bluetooth를 통해 흑백 이미지를 최대 120미터까지 스마트 폰으로 보낸다.
연구원들이 설명 하듯이 자연의 특허 덕분에 극소의 소형화가 가능하다.
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▲ 이 검은 딱정벌레는 새로운 소형 카메라를 등에 탑재하고 있다. 블루투스를 통해 라이브 이미지를 전송한다. © Iyer et al./ Science Robotics 5, eabb0839 (2020) |
돌고래, 펭귄 또는 육상 야생 동물 여부 :
모바일 미니카메라는 종종 동물 세계에 대한 독특한 통찰력을 보여주었다.
뒷면에 고정되거나 헤드에 부착된 이 장치는 착용자의 관점에서 생생한 라이브 이미지를 제공한다. 그러나 이러한 배낭 카메라는 지금까지 작은 동물이나 소형 로봇에게는 없었다.
이유는 휴대폰 카메라를 포함한 현재의 기술은 너무 많은 에너지를 필요로 해 배터리만으로는 너무 부피가 크고 무겁기 때문이다.
자연에서 힌트를 얻다.
시애틀의 워싱턴 대학 (University of Washington)의 비크램 아이어(Vikram Iyer)는 해결책을 찾기 위해 자연을 조사했다. "우리는 곤충의 시각 시스템에서 진화는 어떤 솔루션을 찾았는지 조사했다"고 설명했다. 이 동물들조차도 시각 시스템은 많은 에너지를 소비하기 때문이다. 예를 들어, 날아가는 파리의 경우 망막만으로도 휴식 시간에 8%의 에너지를 소비한다.
그런데 파리의 눈은 극도로 경제적이다.
전체 시야에 중점을 두지 않고 작은 영역에만 초점을 준다.
아이어는 “파리는 작은 고해상도 영역만 가지고 있으며 주변 환경을 보다 시각적으로 스캔하고 싶을 때 머리를 움직인다”고 설명했다. 연구원들은 이제 이 파리의 ‘특허’를 새로운 소형 카메라의 모델로 사용했다.
250mg(밀리그램)의 가벼움과 회전
새로운 카메라는 서로 다른 작업을 수행하는 2개의 1mm(밀리미터) 소형 렌즈로 구성된다.
연구원들은 “작은 렌즈는 카메라에 가까운 물체를 촬영하는 데 이상적이다. "렌즈가 클수록 건물이나 사람과 같이 더 크고 더 멀리 있는 물체를 확대할 수 있다.”
제한된 시각을 가진 이 렌즈는 시야를 스캔 할 수 있도록 움직일 수 있는 팔에 장착된다.
이 카메라 팔은 탄소 섬유와 압전 물질 납-지르코네이트-티타네이트(PZT)로 만들어지며 전압이 가해지면 구부러진다. 이를 통해 짧은 전류 펄스로 카메라를 최대 60도 회전시킬 수 있다. 아이어는 “이것은 많은 에너지를 필요로 하지 않고 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 넓은 시야를 제공한다”고 말한다. 모든 것은 안테나와 작은 배터리와 함께 매우 가벼운 블루투스Bluetooth 송신기 장치와 결합된다.
전체적으로 새로운 카메라의 무게는 248밀리그램에 불과하다.
160 x 160 픽셀의 흑백 사진과 초당 1-5개의 사진 프레임 속도를 최대 120m 떨어진 스마트 폰으로 전송한다. 카메라 팔의 움직임을 제어하는 데에도 사용할 수 있다.
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▲ 카메라가 매우 가벼워서 이 딱정벌레가 나무를 타고 올라갈 수도 있다. © Iyer et al./ Science Robotics 5, eabb0839 (2020) |
카메라 캐리어 검은 딱정벌레
초기 실제 테스트를 위해 과학자들은 미니어처 카메라를 미국에서 발견된 검은 딱정벌레 (Tenebrionidae)의 두 대표자 등에 끈으로 묶었다. 아이어의 동료 알리 나자피(Ali Najafi)는 "우리는 딱정벌레가 우리의 시스템 피기 백을 가지고 다니더라도 여전히 잘 움직일 수 있도록 했다"고 말했다. 그러나 카메라“배낭”은 강력한 딱정벌레에게는 문제가 되지 않았다.
“그들은 자갈 위로 올라가고 경사면과 나무줄기까지 올라 갔다”고 Najafi는 말한다.
불필요하게 배터리 수명을 단축하지 않기 위해 연구원들은 이전에 시스템에 가속도계를 추가했다. 그는 딱정벌레가 움직일 때만 카메라가 활성화되도록 했다.
“카메라가 계속 작동하면 한두 시간 후에 배터리가 방전된다. 반면에 가속센서를 사용해 6시간 이상 기록할 수 있었다”고 나자피는 말한다.
과학자들은 처음으로 딱정벌레가 본 것과 그가 움직이는 곳을 따라갈 수 있었다.
미니 로봇 내비게이션
소형화된 로봇에도 이 카메라 시스템을 장착 할 수 있다.
다른 실험에서 과학자들은 약 2cm 너비의 작은 로봇을 만들어 이 카메라를 운반했다.
다리의 진동을 통해 움직이는 미니 로봇은 주변의 라이브 비디오를 전송하여 연구원 중 한 명이 소형 로봇을 원격으로 제어하고 탐색했다.
연구원들에 따르면, 그러한 시스템은 미래에 연구와 탐험을 위한 완전히 새로운 기회를 제공 할 수 있다고 한다. "이것은 곤충이 환경의 다양한 자극에 어떻게 반응하는지와 같은 많은 질문을 연구하는 데 사용될 수 있다"라고 Iyer는 말한다.
(Science Robotics, 2020; doi : 10.1126 / scirobotics.abb0839)
출처 : University of Washington
[더사이언스플러스] "Green Soul, Beautiful Science"
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