把昆蟲(chóng)變成“攝影師”

□ 郭雪蘋(píng)

科幻小說(shuō)《三體》第二部的開(kāi)篇，首先出場(chǎng)的是一只螞蟻。它爬上墓碑，見(jiàn)證了一次決定地球命運(yùn)的談話。從螞蟻視角看到的世界究竟是什么樣的，我們現(xiàn)在只能靠想象；未來(lái)，或許我們能直接看到它們眼中的世界——通過(guò)研究昆蟲(chóng)眼睛和頭部的運(yùn)動(dòng)，科學(xué)家發(fā)明了一種安裝在昆蟲(chóng)背上的微型攝像機(jī)。

模仿昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)

視覺(jué)對(duì)于生物獲取信息、交流和導(dǎo)航至關(guān)重要。對(duì)昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō)，視覺(jué)功能需要耗費(fèi)很多能量，因此，很多昆蟲(chóng)的頭部和身體是獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的。這使得它們不必依賴需要大量能量的高級(jí)周邊視覺(jué)系統(tǒng)，只要轉(zhuǎn)動(dòng)頭部就能得到分辨率較高的圖像。

受此啟發(fā)，研究人員讓攝像機(jī)模仿昆蟲(chóng)的頭部運(yùn)動(dòng)，使其在減少能量消耗的同時(shí)還能保持平衡。攝像機(jī)下面連接著機(jī)械臂，借助它，攝像機(jī)能在60°范圍內(nèi)活動(dòng)，可以對(duì)準(zhǔn)特定的目標(biāo)拍攝，也能拍攝全景畫(huà)面。

這個(gè)攝像機(jī)非常輕巧，只有250 微克，相當(dāng)于一張撲克牌質(zhì)量的四分之一。攝像機(jī)由鋰電池驅(qū)動(dòng)，能夠連續(xù)工作超過(guò)1 小時(shí)。研究人員還可以對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行編程，使其僅在昆蟲(chóng)移動(dòng)時(shí)拍攝畫(huà)面，這樣電池壽命可延長(zhǎng)至6 小時(shí)。將來(lái)攝像機(jī)還能夠使用其他能源。

在測(cè)試中，研究人員將攝像機(jī)安裝在兩種甲蟲(chóng)的背上。研究人員報(bào)告說(shuō)，所有甲蟲(chóng)在實(shí)驗(yàn)一年后仍然活著。要把人工視覺(jué)系統(tǒng)做到這么小是非常大的挑戰(zhàn)。在此之前，還沒(méi)有用于微型機(jī)器人或昆蟲(chóng)的無(wú)線視覺(jué)系統(tǒng)問(wèn)世。這項(xiàng)研究為研制更實(shí)用的微型機(jī)器人邁出了關(guān)鍵的一步。

多種用途

安裝在昆蟲(chóng)背上的攝像機(jī)能以每秒1～5 幀的速度拍攝昆蟲(chóng)視角的視頻，畫(huà)面分辨率為160×120 像素。視頻通過(guò)藍(lán)牙傳輸給智能手機(jī)。研究人員可以對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行控制，操控距離達(dá)到120 米，但目前他們還沒(méi)有辦法控制昆蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)。不過(guò)，攝像機(jī)可以裝備很多昆蟲(chóng)，它們分散開(kāi)來(lái)就可以收集到足夠的信息，所以沒(méi)有必要單獨(dú)控制每只昆蟲(chóng)。

該攝像機(jī)可用于遠(yuǎn)程探索環(huán)境和繪制地圖，也能幫助生物學(xué)家了解動(dòng)物在特定地形中的行為，例如：昆蟲(chóng)如何對(duì)它在環(huán)境中接觸到的不同刺激做出反應(yīng)。另外，多巖石的復(fù)雜環(huán)境對(duì)于目前的機(jī)器人來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)，而昆蟲(chóng)擅長(zhǎng)爬坡和鉆縫隙。因此，這個(gè)系統(tǒng)還可以幫助人們對(duì)常規(guī)導(dǎo)航技術(shù)難以覆蓋的空間進(jìn)行觀察或從那里采集樣本。

這樣功能強(qiáng)大而又小巧、隱蔽的攝像機(jī)，很容易引發(fā)人們對(duì)隱私泄露的擔(dān)憂。研究人員也意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重性，他們強(qiáng)調(diào)會(huì)將相關(guān)研究信息公開(kāi)，這樣人們就能意識(shí)到風(fēng)險(xiǎn)，從而思考解決方案。