工程师们发明了一种可以骑在昆虫身上的无线摄像头

想象一下，通过昆虫的眼睛看世界--穿越崎岖的岩石，俯冲到难以到达的空间。华盛顿大学的工程师周三宣布，这可能很快就会成为现实，通过一个小到可以安装在活甲虫背上的智能无线摄像头。换句话说，这是一款针对昆虫的GoPro。

在微软奖学金和国家科学基金会98万美元的资助下，工程师们声称已经开发出第一个完全无线的机械可操纵视觉系统，其外形尺寸小到足以骑在昆虫上，并以每秒1到5帧的速度将视频传输到智能手机上。这两名工程师声称，他们已经开发出第一个完全无线的机械操纵视觉系统，其外形足够微小，可以以每秒1到5帧的速度将视频传输到智能手机上。整个系统重约250毫克，约为扑克牌重量的十分之一，电池电量足以记录约6小时的图像。

相机安装在一个机械臂上，该机械臂可以旋转60度，使其能够从左向右平移，捕捉高分辨率的全景照片或跟踪运动物体。相机和手臂通过蓝牙从智能手机进行控制，最远距离约395英尺(120米)，仅略长于一个足球场。

领导这项研究的华盛顿大学保罗·G·艾伦计算机科学与工程学院(Paul G.Allen School of Computer Science&；Engineering)副教授希亚姆·格拉科塔(Shyam Gollakota)说，到目前为止，小型机器人或昆虫还不可能实现无线视觉。

他们说，研究人员选择将可拆卸系统安装在两种不同类型的甲虫-一种假装死亡的甲虫和一种松果甲虫-的背部，因为已经知道类似的甲虫能够携带超过0.5克的重量。

威斯康星州大学电气和计算机工程博士生阿里·纳贾菲(Ali Najafi)说，当甲虫携带我们的系统时，我们确保它们仍然可以正常移动。它们能够自由地穿越砾石，爬坡，甚至爬树。

威克拉姆·艾耶(Vikram Iyer)是威斯康星大学电气和计算机工程专业的博士生，也是这项研究的共同负责人。他补充说，他们逐渐增加了重量，以确保这不会影响他们的运动。在携带相机的同时，他们仍然可以很容易地穿越比他们大的岩石等障碍物。在完成实验后，我们还可以很容易地拆卸摄像系统，看到甲虫活了一年多。

这并不是威斯康星大学的研究人员第一次引入昆虫飞行的方法。2018年12月，他们宣布已经开发出第一个飞行无线平台，其电源既强又轻，足以连接到大黄蜂上。它包括传感器、无线通信和位置跟踪器。工程师们将其称为活物联网。传感器只需要一个微小的可充电电池，可以持续飞行七个小时。整个传感器包的重量只有102毫克，大约相当于7粒生米的重量。工程师可以追踪蜜蜂的位置，传感器可以监测温度、湿度和光线强度。

Iyer说，他们从未收到环保人士对用蜜蜂进行实验的任何反弹，但实际上确实得到了养蜂人的一些兴趣，他们更喜欢开发使用活昆虫的系统，而不是试图设计人工授粉者。

在此之前，华盛顿大学的工程师们推出了RoboFly，这是一种比牙签略重的机器人昆虫，由一束不可见的激光束提供动力，激光束指向机器人上方的光伏电池，光伏电池将激光转化为足够的电力来操作它的翅膀。但由于电池很小，它最多只能起飞和降落。

Gollakota说，传统视觉系统的尺寸、重量和功率的大幅减少将相机的使用扩展到了以前不可能实现的新应用。

视觉对于沟通和导航是如此重要。..。他说，当昆虫四处移动时，能够捕捉并流式传输视觉数据，这对农业和农业行业以及工业物联网和探索新环境都非常有益。

像甲虫这样的活昆虫可以在携带相机的情况下四处走动几个小时，甚至可以爬树。艾耶说，由于这远远超出了小型机器人的能力范围，它为利用带有传感器的昆虫监测智能耕作条件、定位虫群以控制虫害以及探索管道或其他狭小空间之类的东西开辟了可能性。

Gollakota还声称，正在为农场设计和部署传感器的精准农业公司将对这项技术感兴趣，因为我们提供了在实现移动性的同时捕获树冠下信息的能力。

典型的小型相机，如智能手机上使用的相机，需要耗费大量电力来捕捉广角、高分辨率的照片，而这在昆虫尺度上是行不通的。虽然相机本身很轻，但它们支持它们所需的电池使得整个系统太大太重，以至于昆虫-或者昆虫大小的机器人-无法拖着走。因此，研究小组上了一堂生物学课。

威斯康星大学机械工程助理教授、合著者约翰·索耶·富勒(Sawyer Fuller)说，与相机类似，动物的视觉也需要很大的力量。对于像人类这样体型较大的生物来说，这没什么大不了的，但果蝇仅仅是为了给大脑提供能量就消耗了10%到20%的休眠能量，其中大部分都用于视觉处理。为了帮助降低成本，一些果蝇的复眼有一个小的、高分辨率的区域。它们会转过头，把头转向它们想看的地方，比如追逐猎物或配偶。这比在他们的整个视野上拥有高分辨率节省了电力。

为了模仿昆虫的视觉，研究人员使用了一台微型、超低功率的黑白相机，它可以在机械臂的帮助下扫过视野。当团队施加高电压时，手臂会移动，这会使材料弯曲，并将相机移动到所需的位置。除非团队施加更大的力量，否则手臂在放松回到原来的位置之前会保持大约一分钟的角度。这类似于人们在返回到更中性的位置之前，只能在很短的一段时间内保持头部朝一个方向转动。

艾耶说，能够移动摄像头的一个好处是，你可以通过移动整个机器人来获得正在发生的事情的广角视图，而不需要消耗大量的电力。

Gollakota说，因此，这种相机可以使用26到84倍的能量来收集视觉信息。

我们在系统中添加了一个小型加速度计，以便能够检测到甲虫何时移动。艾尔说，它只在这段时间内捕捉图像。如果没有这个加速度计，相机只是在连续流，我们可以在电池耗尽前一到两个小时进行拍摄。有了加速度计，我们可以记录六个小时或更长时间，这取决于甲虫的活动水平。

该团队希望，未来版本的相机将需要更少的电力，而且不需要电池，甚至可能是太阳能供电的。