好奇号火星车和其他航天器正在学习独立思考

信号在地球和火星之间传输需要长达 24 分钟的时间。如果你是一辆火星探测器，正在考虑钻探哪块岩石，那就意味着要等待至少 48 分钟才能将新位置的图像发送给 NASA，然后接收行军命令。对于一个耗资 26 亿美元建造的机器人来说，这是很长的空闲时间。

这就是为什么工程师们越来越多地赋予航天器自主决策的能力。太空机器人长期以来一直能够控制某些机载系统（例如调节电力使用），但人工智能现在让探测车和轨道器能够收集和分析科学数据，然后决定将哪些信息发回地球，而无需任何人工输入。

自 2016 年 5 月以来，NASA 一直在好奇号火星车上测试自主系统。一份新报告显示，名为 AEGIS（用于收集更多科学数据的自主探索）的新系统运行良好，并有可能加速科学发现。

“目前，火星上居住的全是机器人，”喷气推进实验室 AEGIS 软件团队成员 Raymond Francis 说道，“其中有一个机器人拥有足够强的人工智能，可以自行决定用激光攻击什么。”

AEGIS 有两项任务。第一项是挑选出看起来有趣的岩石，然后让好奇号的 ChemCam 向岩石发射激光，蒸发它们并分析其成分。NASA 控制人员通常会在好奇号驶到新地点后对其进行编程，让其使用 AEGIS——因为地球需要一段时间才能了解新位置的火星车周围的情况并发出新指令，因此 AEGIS 允许火星车在等待期间进行科学测量。

“在驱动结束后，火星车已经移动，但地球上还没有人看到它在哪里，”弗朗西斯说。“因此，火星车必须能够决定火星上的目标，因为地球上没有人能够了解情况。”

科学家们教 AEGIS 如何识别基岩，他们对基岩很感兴趣，因为基岩包含着火星过去支持生命能力的线索。93% 的时间里，AEGIS 选择的目标与人类会选择的目标相同——但没有一个小时左右的延迟。这比过去的测量有了很大的改进，以前的测量是让 ChemCam 在等待 NASA 的同时随机选择一个目标。这些分析只有 24% 的时间捕捉到了最佳目标。

瞄准、发射和分析结果大约需要 90 到 105 秒，因此当 NASA 收到新的指令时，火星车已经完工。但是，如果好奇号的电池电量不足，或者有太多数据无法传回地球，团队会选择不运行 AEGIS。

好奇号的任务是了解火星盖尔陨坑的历史，弄清楚它是否曾经适合生命生存。“要做到这一点，就需要进行长期调查，”弗朗西斯说。“AEGIS 填补了空白，使调查更加丰富……截至上周，我们已经研究了大约 90 个新地点，否则这些地点是不可能被研究的。其中很多结果尚未公布。”

AEGIS 的第二项任务是校正 ChemCam 的瞄准，在人类控制人员想要分析岩石上的一个非常小的特征时为他们提供帮助。如果 NASA 第一次尝试没有成功，那么测量结果可能永远丢失，因为探测车需要很快离开，否则 NASA 等待第二次尝试时一整天的工作可能会付诸东流。

瞄准修正系统可能会使发射速度减慢几分钟，但 NASA 已经两次使用了该系统，它都修正了可能偏离目标的射击，从而挽救了局面。

AEGIS 软件最初于 2010 年为机遇号火星车开发，用于帮助其识别和拍摄巨石照片。从那时起，“我们提高了它辨别特定材料的能力，”弗朗西斯说。该团队还致力于增加指向、选择目标和启动后续测量的灵活性。

当 NASA 的下一辆火星车于 2020 年登陆火星时，它将能够使用桅杆上的任何仪器进行 AEGIS 引导测量。其中包括 SuperCam，它与 ChemCam 类似，但具有更多功能——例如分析晶体结构的拉曼光谱仪，以及可远距离工作的可见光和红外光谱仪。“因此，到 2020 年，我们将拥有一整套可以用 AEGIS 指向的仪器，”Francis 说。

火星之外

在《科学机器人》杂志的第二篇论文中，喷气推进实验室人工智能小组的 Steve Chien 详细阐述了智能系统如何开启太空探索的新时代。

绕地球运行的卫星已经能够识别雪、水或冰，并注意到这些变化。它们可以在收集图像时进行分析，以检测火山爆发、火灾或洪水等异常事件，然后通过收集新图像和数据采取行动。对于距离地球较远的航天器，无需等待指令，就可以更轻松地研究火星上的尘卷风或彗星喷出的气体喷流等短暂现象。

由于没有足够的带宽来将信息发回地球，今天的航天器可以解释它们收集的数据，决定哪些信息足够重要，值得发回地球。

人工智能系统不仅可以减少空闲时间，还可以开启新功能。Chien 写道：“未来，轨道器、探测车和飞行器可以自主组织和协调，以更好地探索遥远的世界。”翻译：群体机器人。在其他星球上。

如果没有机器人的自主性，探索像木卫二这样的星球几乎是不可能的，因为木卫二的内部海洋可能能够维持生命。这颗卫星绕木星运行，距离地球非常远，因此时间延迟比火星严重得多。更具有挑战性的是，木卫二上的辐射非常严重，因此航天器只能在月球表面存活一段时间，之后电子设备就会烧毁。因此，能够自主决策的机器人可能是木卫二的关键。

但弗朗西斯警告说，在将自主机器人送上火星表面之前，我们还需要更多关于这颗冰冷卫星的信息。“我们对木卫二表面的状况仍有很多不了解的地方。如果能更好地了解那里的环境，那就太好了，这样我们就可以开发出能在那里正常工作的视觉系统。”

而这还只是表面现象。NASA 真正想要一窥木卫二的内海，它埋在数英里厚的冰层之下。Chien 指出，在这种情况下，寻找生命的机器人可能需要在没有人类干预的情况下探索数天、数周或数月。

“你谈论的是一个真正未开发的环境，”弗朗西斯说，“让机器人系统在你从未去过的地方工作确实存在挑战。特别是如果他们要自己选择科学测量。有很多方法可以解决这个问题，比如看看你如何检测不同的东西，以及如何对环境中的不同类型的东西进行分类和学习，但这些都是仍需完成的开发。”

如果我们向距离我们最近的恒星系统半人马座阿尔法星发射机器人探测器，我们也会面临类似的问题。在这种情况下，任何航天器都必须完全独立地探索该系统（其中可能包含一颗宜居行星），因为与地球的通信往返需要八年时间。

显然，我们还有很长的路要走才能完成这样的任务，但 Chien 充满希望。他写道：“当今的人工智能创新正在为实现这种自主性铺平道路。”