華盛頓大學開發出可以背在甲蟲身上的超小型無線攝像機

7月15號，美國華盛頓大學的研究團隊在《科學》雜誌的《機器人》子刊上，發表了一項微型機器人領域的突破性研究。在這篇論文中，研究人員開發出了一種重量只有0.25克的超小型的無線藍牙攝像機。並且分別使用了一款只有昆蟲大小的微型機器人，還有兩隻活蹦亂跳的真甲蟲背著這臺超小型攝像機，進行了實地拍攝測試。

下圖分別是這項研究裡面扛著微型攝像機的甲蟲、尺寸只有1.2釐米的微型攝像機器人，還有它們回傳的拍攝圖像。可以看得出，作為一款微型機器人，照片的拍攝質量還是不錯的。

不過，如果你經常關注科技進展，這些年各種關於微型機器人的研究，應該時不時也會聽說一些。有些研究做出來的機器人，可能比這篇論文中的還要小。而且這篇論文中的研究團隊，前幾年也模仿昆蟲的結構開發過幾款尺寸在釐米級別的微型機器人。

於是我們很自然就會好奇，這篇研究裡面的微型機器人究竟有什麼新的突破呢？——其實，關鍵就在「攝像」兩個字上。以往類似微型機器人的研究關注的，主要還都在關注如何實現一些基本的機械運動，以及基礎的無線通信功能上。這些研究的主要目的還是驗證一些前衛的設計思路，距離實用功能是比較遠的。

而這次的研究裡，科研人員是第一次把無線攝像功能集成了進來。並且通過藍牙連接手機APP就可以在120米的範圍內遠程遙控攝像機。整個攝像系統包括電池在內的重量，也成功控制在了1g左右。對一般的活體甲殼蟲而言，背負起來不會有太大的負擔。再加上出色的電源管理技術，整個系統的工作時間可以達到1-6個小時。

透過這些數據相信你一定聽得出來，這次華盛頓大學開發的微型機器人，從功能到各項指標已經不只是一項腦洞大開的科研探索了，而是非常努力地朝著實用化的目標在進行整體設計。

值得一提的是在這項研究中，研究人員用來組裝機器人的大部分元器件都是成熟的商用器件，在市場上都可以買到。更讓我們相信這種甲蟲大小的遙控攝像機器人未來走向產品化，也不是沒有可能的。

既然機器人上用的元器件大部分都可以上買到，這個項目產品化的可能性也很高，為什麼這會成為一個科研項目呢？這就要提到這項研究最了不起的地方了——那就是科研人員在非常苛刻的重量限制條件下，成功地為攝像功能對機器人進行了整體的設計和優化。下面我來具體解釋一下。

華盛頓大學的這支研究團隊，長期以來就有跟昆蟲合作的歷史。這次研究這臺微型攝像機器人的初心，就是希望上面的微型無線攝像機，能夠成功地背在一隻甲蟲的身上。這就意味著，整個攝像系統的總重量，最多也就是1g左右，而就這1g的總重量預算，其中的80%還得分配給一枚低功率鋰電池。也就是說留給微型攝像機的重量預算最多也就是0.2g左右。

由於圖像傳感晶片的能耗往往非常高，為了在剩下0.2g的預算中發揮出最好的攝像效果，研究人員採用了一種仿生設計的思路，模仿像蒼蠅這樣的一些昆蟲的視覺系統設計模式。

具體來說，就是只使用一塊小型的圖像傳感晶片，並且在這塊晶片的後面設計了一套微型機械臂系統，當需要拍攝某個角度的圖像的時候，通過類似蒼蠅轉頭的方式，把這一小塊晶片對準你想要觀測的區域。通過這種方式避免了維持一塊大型圖像傳感晶片的能量消耗。

同時，研究人員還在系統中設計了一塊小型的加速度傳感器，整個攝像系統僅在感受到加速度變化（也就是昆蟲發生運動）之後，才間歇性地開啟攝像頭一段時間，從而避免了攝像頭持續通電，延長了整個系統的待機時長。

除此之外，研究人員還通過降低攝像頭的拍攝幀率，選擇佔用資源較少的藍牙模塊等等很多種方式對整個攝像機模塊進行了整體優化，最終成功地把攝像機模塊除電池之外的總重量控制在了248毫克。把攝像機模塊搭載到研究人員之前開發的一款微型仿生機器人平臺上之後，以2.8克的總重量，成為目前為止世界上最小的，可以遠程遙控並且具有攝像功能的機器人。

未來，如果這種只有甲蟲大小的攝像機器人果真能夠形成成熟的產品，最大的優勢就是它的成本可以非常低，可能最多也就是幾塊錢，不光可以應用在救災搶險、環保監測這樣的場景中，在國防領域，也有很大的應用潛力。