用甲虫的视角看世界

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许多人对小生物的视角感到好奇，这种视角也常常被脑洞大开的影视剧编导们拍摄出来。如在电影《蚁人》中，主人公通过缩小身体尺寸可以随意穿梭于各种岩石缝隙间。那么，小生物眼中的世界果真如电影中看到的一样吗？以小生物的视角看东西，除了满足人们的好奇心，还能带来什么好处呢？

最近，华盛顿大学的研究人员发明了一种小巧、高效的微型机器人视觉系统，该系统总重量只有248毫克，相当于一张崭新1元人民币重量的三分之一。它能被安装在甲虫的背部，以每秒1到5帧的速度向智能手机实时传输视频。

研究人员之所以选择甲虫，主要是因为它浑身布满外骨骼，身体比较结实、抗折腾，也能背得动微型机器人。选好载体后，接下来是如何实现微型机器人的视觉功能。长期以来，复杂的视觉系统必然伴随大尺寸、高能耗的问题，而微型机器人要么无法安装，要么必须携带一根长长的高续航电线。

为了创造低能耗、轻重量的无线摄像系统，研究人员对一系列生物的视觉系统进行了研究。研究表明，动物的视觉需要很大的能量，不过，在漫长的进化过程中，昆虫学会了一整套节能办法。比如，苍蝇会用10%到20%的静息能量来驱动大脑，而大脑大部分要用于视觉处理，仅一个视网膜就能消耗其代谢能量的8%。为了降低能量，它们只在视网膜一小片区域發展高分辨视觉功能，多转头少动身体，甚至只转动眼睛。

这套微型机器人视觉系统，可以说是昆虫视觉系统的人工版。它由黑白摄像机、机械臂和加速计组成，其工作原理是光线通过光圈，进入图像转换器，再通过蓝牙发送到智能手机上。该摄像机采用的图像传感器的精度和昆虫相当，而较低的分辨率意味着更轻、更节约电量。

起初，研究人员为了让拍摄可以更加清晰、全面，给摄像机装了两个镜头，一个拍近景，一个拍远景。然而，甲虫本身个头太小，视角十分受限。比如，甲虫在大马路上看到一块橡胶，人们就无法确定它到底是轮胎还是鞋底。于是，他们给摄像机装了一个机械臂，该机械臂能使摄像机左右转动30度并且平移，从而拍摄到甲虫视角60度范围内的画面。此举模拟了昆虫的头部功能，也就是说，可以在不移动甲虫身体的情况下，研究人员可以获得更大的视觉范围。为了把能耗降低到最小范围，研究人员还创造性地在系统中添加了一个特殊装置——加速计，只有在甲虫处于运动状态时，才会触发系统的拍摄功能。这样一来，续航可以从1至2小时提高到6小时，系统能耗也比传统方式降低了24至86倍。

让人震撼的是，通过甲虫第一视角看到的景象，竟和我们的认知大为不同。通俗点说，甲虫眼中有战斗机一样的大鸟、珠穆朗玛峰一样的大卡车、高耸入云的人腿……难以想象，每天生活在这样的环境中，甲虫的心理阴影面积会有多大。

不过，研究人员做这项研究绝不只是为了满足好奇心。视觉对于沟通和导航来说非常重要，当昆虫四处移动时，捕捉和传输实时数据对农业生产、工业互联网的发展非常有益。研究员维克拉姆·艾耶说：“还有很多问题可以探索，比如甲虫对于在环境中看到的不同刺激点是如何反应的。这个系统也可以让我们看到或者收集通过机器人难以深入采集的空间中的样本。”