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太空机器人2.0:智能型火星车自主决策能力更强

发布时间:2019-04-10 13:56:05

用漫游车探索遥远世界
 
有东西在动!尘土中一动不动的两个机器人发现了异常情况,其中一台六轮机器人将信号发给另一台停在岩石斜坡上的机器人。时间有限,它们还有一大堆工作需要完成,而且能量储备也在一点点耗尽,两个机器人必须在几秒钟内做出决定。
 
任务控制中心距离两个机器人只有10米——它们都在位于加利福尼亚州帕萨迪纳的美宇航局喷气推进实验室的一个车库里。工程师可以随时走进来,纠正机器人的错误。如果此次实验取得成功,两个机器人发现异常情况后,能够自行决定将图像传回基地,那么科学家距离实现美国宇航局未来目标又前进了一步,即利用智能太空探测器探索遥远世界,在很少或根本没有控制人员帮助的情况下,寻找水或生命迹象。
 
美宇航局多年前便同其他太空研究机构一道,对这种自主任务进行了尝试。例如,1999年,美宇航局“深空1号”探测器利用智能导航系统寻找一条通往一颗小行星的道路——这一行程长达6亿公里。
 
从2003年至今,美宇航局“地球观测1号”(EO-1)卫星上的一套自动控制系统便开始绕地球旋转。它协助“地球观测1号”卫星发现火山喷发和灾难性洪水,以便让这颗卫星可以拍摄到这些事件,将照片传回地面控制中心供科学家研究。今年10月左右,一套经过升级的最新智能软件将上传至美宇航局的一部火星车上,进一步提升其自我决策能力,令它可以独立寻找不同寻常的岩石结构。
 
这一构想不是为了彻底让机器人摆脱科学家对其控制。不过相比以前,将机器人送入太空第一次变得如此容易,而且费用大大降低,所以,何不让它们变得更有效率呢?此外,机器人距地球基地越来越远,使得通过地面人员对机器人进行遥控变得越来越不切实际,因为指令从地球到达火星可能需要20分钟,而到达木星的几颗卫星更是长达一个小时。在这种情况下,我们应该开发什么样的机器人呢?
 
首先,应该建造可以独立导航,对意外事件迅速做出反应、甚至在关键零部件失灵仍能继续工作的机器人。其次,训练行星机器人去发现岩石中的骨骼化石,而像将活细胞同土块区别开来这样的任务更是小菜一碟。美宇航局“机遇”号和“勇气”号是最接近具有大脑的太空机器人目标的两部火星车,尽管如此,它们的能力仍相当有限。自2004年1月着陆火星以来,它们不得不处理六项重大技术故障,比如存储模块发生故障,车轮陷进沙土等。“机遇”号和“勇气”号目前仍在火星上工作,将重要的地质数据传给地面任务控制中心的工程师,后者可以遥控对它们进行维修。
 
依赖控制人员帮助
 
美宇航局喷气推进实验室人工智能部门主任史蒂夫·陈(Steve Chien)表示,事实上,“机遇”号和“勇气”号只能独立从事一些简单的工作,比如,从A点移动到B点,停下来拍个照。此外,它们可以独立发现云团和称为尘卷风的小尘暴,还能保护自己免遭意外损坏的伤害——远离陡峭的山坡或大块岩石。至于更为复杂的工作,它们只能依赖于地面控制人员的帮助。
 
这便是太空机器人的重大缺陷。美宇航局第一个火星漫游车“旅居者”号(Sojourner)在1997年的任务期间仅仅移动了100米,而“机遇”号和“勇气”号迄今行程已达24公里。在火星表面行进过程中,它们拍摄了很多地形地貌照片,但仍不能对这个红色星球做出全面的探索。资深电脑专家、美宇航局喷气推进实验室自动科学开发小组成员塔拉·埃斯特琳(Tara Estlin)说:“每发射一个探测任务,我们在火星表面都会走得更远。可有谁知道我们错过了哪些有趣的东西呢?”
 
美宇航局并不期望由火星漫游车去记录下它们看到的一切事物,然后将其全部发回地面。它们毕竟没有从事这项工作的足够能量、带宽和时间。喷气推进实验室的科学家花费十年心血开发出一套新软件,令火星漫游车可以分析它们拍下的图像,独立决定哪些地质特征值得深入探究。实现这一目标的关键是一套名为OASIS的软件包,即机载自动科学调查系统。
 
按照科学家的构想,在漫游车每天动身以前,地面控制人员会给OASIS软件包上传指令,使漫游车按指示对重点目标进行探测。这个目标可能是漫游车视野中最大块或最苍白的岩石,或是由火山喷发留下的有尖角的岩石。接下来,只要漫游车一拍照,OASIS软件包即通过特殊的运算公式对视野里的所有岩石进行甄别,挑选出指令名单中的那些目标。OASIS软件包不仅可以告诉漫游车哪些特征会令科学家感兴趣,还知道它们的相关价值:相比于表面粗糙的岩石,更应该对可能遭到水腐蚀的表面光滑的岩石展开研究,这有助于漫游车决定下一步该做什么。


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