用甲蟲的視角看世界

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許多人對小生物的視角感到好奇，這種視角也常常被腦洞大開的影視劇編導們拍攝出來。如在電影《蟻人》中，主人公通過縮小身體尺寸可以隨意穿梭于各種巖石縫隙間。那么，小生物眼中的世界果真如電影中看到的一樣嗎？以小生物的視角看東西，除了滿足人們的好奇心，還能帶來什么好處呢？

最近，華盛頓大學的研究人員發明了一種小巧、高效的微型機器人視覺系統，該系統總重量只有248毫克，相當于一張嶄新1元人民幣重量的三分之一。它能被安裝在甲蟲的背部，以每秒1到5幀的速度向智能手機實時傳輸視頻。

研究人員之所以選擇甲蟲，主要是因為它渾身布滿外骨骼，身體比較結實、抗折騰，也能背得動微型機器人。選好載體后，接下來是如何實現微型機器人的視覺功能。長期以來，復雜的視覺系統必然伴隨大尺寸、高能耗的問題，而微型機器人要么無法安裝，要么必須攜帶一根長長的高續航電線。

為了創造低能耗、輕重量的無線攝像系統，研究人員對一系列生物的視覺系統進行了研究。研究表明，動物的視覺需要很大的能量，不過，在漫長的進化過程中，昆蟲學會了一整套節能辦法。比如，蒼蠅會用10%到20%的靜息能量來驅動大腦，而大腦大部分要用于視覺處理，僅一個視網膜就能消耗其代謝能量的8%。為了降低能量，它們只在視網膜一小片區域發展高分辨視覺功能，多轉頭少動身體，甚至只轉動眼睛。

這套微型機器人視覺系統，可以說是昆蟲視覺系統的人工版。它由黑白攝像機、機械臂和加速計組成，其工作原理是光線通過光圈，進入圖像轉換器，再通過藍牙發送到智能手機上。該攝像機采用的圖像傳感器的精度和昆蟲相當，而較低的分辨率意味著更輕、更節約電量。

起初，研究人員為了讓拍攝可以更加清晰、全面，給攝像機裝了兩個鏡頭，一個拍近景，一個拍遠景。然而，甲蟲本身個頭太小，視角十分受限。比如，甲蟲在大馬路上看到一塊橡膠，人們就無法確定它到底是輪胎還是鞋底。于是，他們給攝像機裝了一個機械臂，該機械臂能使攝像機左右轉動30度并且平移，從而拍攝到甲蟲視角60度范圍內的畫面。此舉模擬了昆蟲的頭部功能，也就是說，可以在不移動甲蟲身體的情況下，研究人員可以獲得更大的視覺范圍。為了把能耗降低到最小范圍，研究人員還創造性地在系統中添加了一個特殊裝置——加速計，只有在甲蟲處于運動狀態時，才會觸發系統的拍攝功能。這樣一來，續航可以從1至2小時提高到6小時，系統能耗也比傳統方式降低了24至86倍。

讓人震撼的是，通過甲蟲第一視角看到的景象，竟和我們的認知大為不同。通俗點說，甲蟲眼中有戰斗機一樣的大鳥、珠穆朗瑪峰一樣的大卡車、高聳入云的人腿……難以想象，每天生活在這樣的環境中，甲蟲的心理陰影面積會有多大。

不過，研究人員做這項研究絕不只是為了滿足好奇心。視覺對于溝通和導航來說非常重要，當昆蟲四處移動時，捕捉和傳輸實時數據對農業生產、工業互聯網的發展非常有益。研究員維克拉姆·艾耶說：“還有很多問題可以探索，比如甲蟲對于在環境中看到的不同刺激點是如何反應的。這個系統也可以讓我們看到或者收集通過機器人難以深入采集的空間中的樣本。”