太空機器人2.0

有東西在動，塵土中一動不動的兩個機器人發現了異常情況，其中一台六輪機器人將信號發給另一台停在岩石斜坡上的機器人。它們會拍照然後將信息發回任務控制中心呢？時間有限，它們還有一大堆工作需要完成，而且能量儲備也在一點點耗盡，兩個機器人必須在幾秒鐘內做出決定。

基本介紹

• 中文名：太空機器人2.0
• 協助：地球觀測1號”衛星
• 為了：徹底讓機器人擺脫科學家對其控制
• 工作原理：史蒂夫·陳

太空機器人2.0-研製背景

任務控制中心距離兩個機器人只有10米，它們都在位於加利福尼亞州帕薩迪納的美宇航局噴氣推進實驗室的一個車庫裡。工程師可以隨時走進來，糾正機器人的錯誤。如果此次實驗取得成功，兩個機器人發現異常情況後，能夠自行決定將圖像傳回基地，那么科學家距離實現美國宇航局未來目標又前進了一步，即利用智慧型太空探測器探索遙遠世界，在很少或根本沒有控制人員幫助的情況下，尋找水或生命跡象。

美宇航局多年前便同其他太空研究機構一道，對這種自主任務進行了嘗試。例如，1999年，美宇航局“深空1號”探測器利用智慧型導航系統尋找一條通往一顆小行星的道路——這一行程長達6億公里。

從2003年至今

美宇航局“地球觀測1號”(EO-1)衛星上的一套自動控制系統便開始繞地球旋轉。它協助“地球觀測1號”衛星發現火山噴發和災難性洪水，以便讓這顆衛星可以拍攝到這些事件，將照片傳回地面控制中心供科學家研究。今年10月左右，一套經過升級的最新智慧型軟體將上傳至美宇航局的一部火星車上，進一步提升其自我決策能力，令它可以獨立尋找不同尋常的岩石結構。

這一構想不是為了徹底讓機器人擺脫科學家對其控制。不過相比以前，將機器人送入太空第一次變得如此容易，而且費用大大降低，所以，何不讓它們變得更有效率呢？此外，機器人距地球基地越來越遠，使得通過地面人員對機器人進行遙控變得越來越不切實際，因為指令從地球到達火星可能需要20分鐘，而到達木星的幾顆衛星更是長達一個小時。在這種情況下，我們應該開發什麼樣的機器人呢。

詳細闡釋

首先，應該建造可以獨立導航，對意外事件迅速做出反應、甚至在關鍵零部件失靈仍能繼續工作的機器人。其次，訓練行星機器人去發現岩石中的骨骼化石，而像將活細胞同土塊區別開來這樣的任務更是小菜一碟。美宇航局“機遇”號和“勇氣”號是最接近具有大腦的太空機器人目標的兩部火星車，儘管如此，它們的能力仍相當有限。自2004年1月著陸火星以來，它們不得不處理六項重大技術故障，比如存儲模組發生故障，車輪陷進沙土等。“機遇”號和“勇氣”號目前仍在火星上工作，將重要的地質數據傳給地面任務控制中心的工程師，後者可以遙控對它們進行維修。

太空機器人2.0-工作原理

美宇航局噴氣推進實驗室人工智慧部門主任史蒂夫·陳(Steve Chien)表示，事實上，“機遇”號和“勇氣”號只能獨立從事一些簡單的工作，比如，從A點移動到B點，停下來拍個照。此外，它們可以獨立發現雲團和稱為塵捲風的小塵暴，還能保護自己免遭意外損壞的傷害——遠離陡峭的山坡或大塊岩石。至於更為複雜的工作，它們只能依賴於地面控制人員的幫助。

太空機器人2.0

這便是太空機器人的重大缺陷。美宇航局第一個火星漫遊車“旅居者”號(Sojourner)在1997年的任務期間僅僅移動了100米，而“機遇”號和“勇氣”號迄今行程已達24公里。在火星表面行進過程中，它們拍攝了很多地形地貌照片，但仍不能對這個紅色星球做出全面的探索。資深電腦專家、美宇航局噴氣推進實驗室自動科學開發小組成員塔拉·埃斯特琳(Tara Estlin)說：“每發射一個探測任務，我們在火星表面都會走得更遠。可有誰知道我們錯過了哪些有趣的東西呢？”

美宇航局並不期望由火星漫遊車去記錄下它們看到的一切事物，然後將其全部發回地面。它們畢竟沒有從事這項工作的足夠能量、頻寬和時間。噴氣推進實驗室的科學家花費十年心血開發出一套新軟體，令火星漫遊車可以分析它們拍下的圖像，獨立決定哪些地質特徵值得深入探究。實現這一目標的關鍵是一套名為OASIS的軟體包，即機載自動科學調查系統。

按照科學家的構想

在漫遊車每天動身以前，地面控制人員會給OASIS軟體包上傳指令，使漫遊車按指示對重點目標進行探測。這個目標可能是漫遊車視野中最大塊或最蒼白的岩石，或是由火山噴發留下的有尖角的岩石。接下來，只要漫遊車一拍照，OASIS軟體包即通過特殊的運算公式對視野里的所有岩石進行甄別，挑選出指令名單中的那些目標。OASIS軟體包不僅可以告訴漫遊車哪些特徵會令科學家感興趣，還知道它們的相關價值：相比於表面粗糙的岩石，更應該對可能遭到水腐蝕的表面光滑的岩石展開研究，這有助於漫遊車決定下一步該做什麼。

太空機器人2.0-面臨問題

科學家還需要考慮一些實際問題。當漫遊車在崎嶇的表面探索的時候，它們必須時刻清楚是否有足夠的時間、能量和存儲空間繼續前進。於是，美宇航局噴氣推進實驗室的研究團隊開發了另一套可以規劃和制定活動日程的新軟體。

這套軟體可以幫助漫遊車安排活動順序，以便它們可以安全地實現既定目標，沿途做出必要的日程更改。例如，在經過次優目標時，漫遊車會決定是對其拍攝6張照片，還是拍攝幾米外的更有趣的目標，因為完成後一個任務會消耗更多能量。

OASIS軟體包

可以令漫遊車獨立識別最高優先目標，噴氣推進實驗室的研究團隊決定開始下一步：讓漫遊車駛向令其感興趣的目標，利用其攜帶的感測器近距離展開探測。為了做到這一點，埃斯特琳及其同事不使用OASIS軟體包，相反，他們利用該軟體包的數據，創建一個名為“蒐集優先科學目標自主探索”(Autonomous Exploration for Gathering Increased Science，簡稱AEGIS)的新控制系統。這套系統在噴氣推進實驗室的測試中取得了成功，計畫在9月下旬傳輸到“機遇”號探測器。

一旦AEGIS系統載入，“機遇”號就能獨立用其高清晰相機拍照，將數據傳回地面，供地面人員分析——這將是電腦軟體首次可以對在另一個世界表面的裝置進行控制。埃斯特琳說，這僅僅是個開始，例如，噴氣推進實驗室和衛斯理大學的研究人員已聯手開發出一套智慧型探測系統，可以讓漫遊車獨立實施基礎科學實驗。在這種情況下，它的任務就是識別外星球岩石中的特定礦物質。

這套探測系統由兩個“支持向量機”(SVM)控制的自動化分光計(類似人工神經網路的裝置)組成，已經套用於“地球觀測1號”衛星上。新型支持向量機利用分光計進行測量，然後將測量結果同含有數千種礦物質光譜的機載資料庫進行比較。去年，研究人員在《國際太陽系研究》(ICARUS)雜誌上發表了他們的研究成果。該研究結果表明，即便在複雜的岩石混合物中，他們的支持向量機幾乎每次都能自動識別黃鉀鐵礬的存在。黃鉀鐵礬是一種同熱水泉有關的硫酸鹽礦物質。

太空機器人2.0-項目探索

雖然這些自動系統越來越先進，但若想成為像科幻作品描述的那種有意識的機器人，還有很長的路要走。在科幻作品中，機器人可以講話，有各種感覺，還能識別新生命形式。史蒂夫承認，眼下，確實不能讓機器人具有“新奇探測能力”，即在一堆岩石中挑選出具有特別形狀的骨骼，更別提讓它們發覺活的生物了。

從理論上講，像冰晶和活細胞這樣結構複雜的自然物體的外形能以電腦編碼的形式被描述出來，並嵌入軟體庫。接下來，機器人只需要用某些感測器對其拍照，比如具有足夠放大倍率的顯微鏡，輕鬆完成整個任務。事實上，確認細胞是一項頗具挑戰性的技術，因為細胞的特徵或許難以捉摸。1999年，美宇航局資助了一個雄心勃勃的研究計畫，試圖發現外形、對稱性或一系列組合特徵這樣的具體簽名，是否是識別和歸類結構簡單的生物的關鍵。

按照這一研究計畫，科學家希望創建一個包括地球例證的大型圖片庫，指導神經網路去尋找哪些特徵。不幸的是，該項目還未發現任何有用信息便匆匆結束。正如簡單的測算不可能提供有關外星生命的確鑿證據一樣，大多數行星科學家都認為，單個機器人探測器的人工智慧無論多高，也無法解開所有謎底。於是，噴氣推進實驗室的科學家提出讓各個機器人小組攜手合作，繞外星世界旋轉，在表面尋找令其感興趣的目標，然後相互通知幫助確定哪些特徵值得近距離觀測。

這一模式仍在進行試驗

。2004年以來，從南極洲的艾瑞貝斯峰，到夏威夷的莫納羅亞火山和基拉韋厄山，布設在火山周圍的感測器一直在密切注視著可能預示火山噴發的突然變化。一旦發現異常信號，它們可以召喚“地球觀測1號”衛星，這顆衛星利用電腦軟體去規劃飛越路線，並對目標區域進行篩選，如果晴空萬里，它會錄下圖像並進行處理，然後將其傳送給地面控制人員。