還記得在電影《蟻人》中，主人公縮小身體後看到的世界嗎？如今，美國大學的研究人員已經開發出一種微型無線可操控相機，它也可以被安裝在昆蟲身上。每個人都可以通過這個攝像機來感受昆蟲眼中的世界。
昆蟲身上的運動相機
多年來，運動攝像機往往被用來記錄從極限滑雪到從太空邊緣跳躍等刺激的運動，這種小巧的攝像機不但可以清晰的記錄整個過程，而且能夠以第一視角記錄影像。它所帶來的身臨其境的刺激感是革命性的，這也是為什麼近年來運動相機大受歡迎的原因。
而現在，由於微型化技術的進步，科學家已經可以將一個攝像機安裝在甲蟲身上，以昆蟲的視角拍攝整個世界。這項研究是由華盛頓大學的研究人員在微軟基金會和美國國家科學基金會的資助下完成的。他們設計製造了一個微小的攝像系統，體積很小，重量很輕，以至於可以安裝在昆蟲身上。
這個攝像機可以以每秒1到5幀的速度向智能手機傳輸視頻，它安裝在一個可以旋轉60度的機械臂上。這使得觀看者可以捕捉到高分辨率的全景照片或跟蹤移動的物體。整個系統重約250毫克，大約是一張撲克牌的十分之一。攝像頭和手臂由智能手機通過藍牙控制，距離最遠可達120米。研究小組把它安裝在活甲蟲以及一個昆蟲大小的機器人上。
手機藍牙控制攝像頭
“我們已經發明了一種低功耗、低重量的無線攝像系統，它可以捕捉到真實的活體昆蟲的第一視角，或者為小型機器人創造視覺功能。”Paul G.Allen計算機科學與工程學院的副教授什亞姆·戈拉科塔說道。“視覺對於交流和導航來說非常重要，但在如此小的範圍內實現這一點非常具有挑戰性。因此，在這項工作之前，無線視覺技術還不適用於小型機器人或昆蟲。”
利用生物學降低功耗
這個昆蟲攝像系統的難點不是小而是功耗。一般的的小型攝像系統，如智能手機中使用的攝像頭，需要大量的能量來捕捉廣角、高分辨率的照片，這在昆蟲的尺度上是行不通的。雖然攝像部分重量很輕，但給它提供能量的電池太大太重，昆蟲或昆蟲大小的機器人無法攜帶。為解決這個問題，這個研究小組把目光轉移到生物學中。
蒼蠅的複眼
“與照相機類似，動物的視覺同樣需要很大的能量，”威斯康星州大學機械工程助理教授索耶·富勒說。“對於像人類這樣的大型生物來說，這沒什麼大不了的，但蒼蠅利用10%到20%的靜息能量來驅動大腦，而大腦的大部分能量都用於視覺處理。為了降低功耗，蒼蠅的複眼只有一個小的高分辨率區域。它們會把頭轉向想看得更清楚的地方，比如追逐獵物或配偶。這要比在整個視野實現高分辨率消耗的能量少。”
昆蟲攜帶攝像機拍攝的畫面
為了模仿動物的視覺，研究人員使用了一種微型、超低功耗的黑白相機。它可以借助機械臂掃瞄整個視野。當團隊施加高電壓時，手臂會移動，從而使材料彎曲並將相機移動到所需的位置。除非外部施加更大的力量，否則機械臂會保持這個角度大約一分鐘，然後回到原來的位置。這與人在短時間內把頭轉向某個方向相似，一般他們會很快將頭擺正。
可以轉動的攝像頭
“能夠移動攝像頭的一個優勢是，你可以在不消耗大量電力的情況下，獲得所發生事情的廣角視角。”威斯康辛州大學電氣和計算機工程專業的博士生維克拉姆·伊耶說。“我們可以跟蹤一個移動的物體，而不必花費精力移動整個機器人。與使用廣角鏡頭相比，這些圖像的分辨率也更高，廣角鏡頭可以在更大的區域內生成相同數量像素的圖像。”
攜帶攝像機的昆蟲
研究人員將他們的可移動拍攝系統安裝在兩種不同類型甲蟲的背部，這類甲蟲一般能夠攜帶超過半克重的東西。
“我們確保了甲蟲在攜帶我們的系統時仍能正常移動，”威斯康星州電子和計算機工程博士生阿里·納賈菲說。“它們能夠自由地穿越沙粒，爬上斜坡，甚至爬樹。”而在實驗結束後，這些甲蟲還存活了至少一年。
研究人員正在安裝攝像系統
為了拍攝動態畫面而不是在昆蟲靜止時拍攝，研究小組也想了一個辦法。“我們在我們的系統中增加了一個小的加速度計，以便能夠探測到甲蟲的移動，然後它只捕捉那段時間的圖像。”伊耶說。“如果相機在沒有加速計的情況下持續工作，我們可以在電池耗盡前記錄一到兩個小時。而利用加速度計，我們可以記錄6個小時或更長時間的畫面，這取決於甲蟲的活動水平。”
與震動機器人的結合
研究人員還利用他們的攝像系統設計了世界上最小的具有無線視覺功能的地面自主動力機器人。這種昆蟲大小的機器人使用振動來移動，所消耗的能量幾乎與低功率藍牙芯片相同。
利用振動行走的機器人
然而，研究小組發現，機器人的振動影響了相機，產生了扭曲的圖像。為瞭解決了這個問題，研究人員更改了機器人的拍攝策略，先停下來，拍照，然後繼續它的旅程。這樣該系統仍能以每秒2到3釐米的速度移動，比其他利用震動移動的機器人都要快。
機器人可以攜帶攝像機拍攝
研究人員說，這項技術的應用範圍可以從生物學到探索新環境。“這是我們第一次在甲蟲四處走動時，從甲蟲的角度觀察。有很多問題你可以探究，比如甲蟲如何對環境中的不同刺激做出反應？”伊耶說。“但是，昆蟲也可以穿越岩石環境，這對機器人來說真的很有挑戰性。因此，該系統還可以幫助我們查看或從難以導航的空間收集樣本。”
研究小組希望未來版本的相機功耗更小，甚至是無電池的，利用太陽能驅動。雖然研究小組對輕量級和低功耗移動攝像頭的潛力感到興奮，但研究人員承認，這項技術帶來了一系列新的隱私風險。一名研究人員說：“作為研究人員，我們堅信，把事情公開化是非常重要的，這樣人們才能意識到風險，從而開始想出解決問題的辦法。”
