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無(wú)人機(jī)整機(jī)
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設(shè)備與工具
圖片來(lái)源：視覺(jué)中國(guó)
大概十年前吧，互聯(lián)網(wǎng)上很多人自詡火星人，寫(xiě)著常人難以理解的火星文，生怕被人看懂。但是想移民火星做火星人，并不是這十幾年的事。自人類(lèi)在1969年首次登月后，移民火星這個(gè)事就成了全人類(lèi)的月經(jīng)，但凡在太空事業(yè)上取得一點(diǎn)進(jìn)展，就會(huì)有人堂而皇之的問(wèn)移民火星還有多遠(yuǎn)。
隨著40多次火星探測(cè)任務(wù)的實(shí)施，火星已經(jīng)成為太陽(yáng)系中除地球外, 人類(lèi)了解最為透徹的行星。但即使這樣，移民火星依然遙遙無(wú)期，一大重要原因是惡劣的環(huán)境使人無(wú)法生存，主要有三大障礙：無(wú)氧的大氣、嚴(yán)寒的溫度和干旱的地表，任何一點(diǎn)都很難攻克。
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，它也越來(lái)越多得滲透到了航天領(lǐng)域，比如前不久上天的航天機(jī)器人西蒙，日本送入國(guó)際空間站上的第一個(gè)機(jī)器人Kirobo等。那么在移民火星這個(gè)事上，人工智能可以做點(diǎn)什么呢？
打前哨：兵馬未到，探測(cè)先行
7月25日，《Science》上發(fā)表的一項(xiàng)研究稱(chēng)，意大利多家機(jī)構(gòu)組成的團(tuán)隊(duì)對(duì)火星快車(chē)號(hào)探測(cè)器的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)在火星南極冰蓋下方1.5公里處，存在著一個(gè)直徑約20公里的穩(wěn)定的液態(tài)湖，這一消息一出，人們紛紛歡呼雀躍，似乎已經(jīng)一腳邁進(jìn)了火星。
機(jī)器視覺(jué)與機(jī)器學(xué)習(xí)雖好，但與效率沒(méi)太多關(guān)系
基于火星復(fù)雜的環(huán)境，在移民火星之前，探測(cè)是非常重要的一步，而我們對(duì)火星的認(rèn)知也絕大多數(shù)來(lái)自于探測(cè)儀發(fā)回地球的數(shù)據(jù)，火星探測(cè)的重要性不言而喻。
美國(guó)航天局（NASA）的火星探測(cè)器計(jì)劃一直在緊鑼密鼓進(jìn)行，早在2016年，好奇號(hào)開(kāi)始使用一種名為“科學(xué)知識(shí)收集自主探索”的軟件，將計(jì)算機(jī)視覺(jué)與機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合起來(lái)，根據(jù)科學(xué)家確定的標(biāo)準(zhǔn)，選擇巖石和土壤樣本進(jìn)行研究?；鹦擒?chē)可以用它的化學(xué)攝像機(jī)的激光對(duì)目標(biāo)進(jìn)行射擊，分析燃燒的氣體，將圖像和數(shù)據(jù)打包，然后發(fā)送回地球的指揮中心。
雖然已經(jīng)在一定程度上積極運(yùn)用了人工智能技術(shù)，但是這些火星車(chē)行動(dòng)非常緩慢。在火星超過(guò)2000天的時(shí)間里，漫游者好奇號(hào)僅僅行駛了約11.5英里，差不多18.5千米，效率并不算高。
無(wú)人機(jī)探測(cè)飛得更快，探索區(qū)域更廣
無(wú)人機(jī)探測(cè)無(wú)疑是一種高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的項(xiàng)目。雖然火星稀薄大氣層可使巨大旋翼葉片旋轉(zhuǎn)速度更快，但它僅能攜帶幾公斤重的物體飛行。
因?yàn)榛鹦谴髿饷芏戎挥械厍虼髿獾?%，為了使火星無(wú)人機(jī)能夠在低密度大氣環(huán)境中飛行，無(wú)人機(jī)重量要盡可能輕，盡可能結(jié)實(shí)和牢固，同時(shí)需要配備強(qiáng)大的動(dòng)力。
所有的通訊設(shè)備、相機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)以及電力系統(tǒng)結(jié)合在一起，使它能夠自主飛行，拍攝火星地形，安全著陸，避開(kāi)巖石障礙，從而成功地傳輸空中數(shù)據(jù)信息。
NASA將在 2020 年發(fā)射“火星 2020”探測(cè)器，并在這個(gè)探測(cè)器上搭載一架無(wú)人機(jī)。
但在此之前，他已經(jīng)批準(zhǔn)探索性資助的一種全新的探測(cè)器：由AI控制的一群機(jī)器人蜜蜂Marsbees。Marsbees 是一種微型的無(wú)人機(jī)，結(jié)構(gòu)和大黃蜂類(lèi)似，但有更大的翅膀，通過(guò)機(jī)器震動(dòng)翼飛行，這樣的設(shè)計(jì)能讓這些機(jī)器人生物能夠飛入火星的大氣層，探測(cè)并獲取有關(guān)數(shù)據(jù)。
值得一提的是，火星探測(cè)不僅僅只是在火星表面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和打包發(fā)送，它需要突破深空超遠(yuǎn)距離測(cè)控通信、火星制動(dòng)捕獲、在軌長(zhǎng)期自主管理、稀薄大氣減速與安全著陸等關(guān)鍵技術(shù)。
而這些關(guān)鍵技術(shù)也常常需要人工智能的輔助，比如在軟著陸火星時(shí)，可以拍攝多張照片，通過(guò)分析這些照片，使著陸器自主選擇一個(gè)能讓自己的“四條腿”安全著陸的平面。
定居前：適應(yīng)不成，“智”能改造
地球上的人和其他生物都是依賴(lài)于24小時(shí)的生物節(jié)律而生活和工作的，但到目前為止，太空中還沒(méi)有一個(gè)星球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)完全與地球相似或相同。雖然火星自轉(zhuǎn)一周的24.6小時(shí)與地球自轉(zhuǎn)一周的23小時(shí)56分4.09秒相近，但火星繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)是1.88年（687日），與地球上一年相差太遠(yuǎn)。
因此，人類(lèi)若想要在火星中生存下來(lái)，就需要從演化上徹底改變自己的生命時(shí)鐘。
而演化改變生命時(shí)鐘有多難呢？是否會(huì)像地球人一樣，也需要百萬(wàn)年、千萬(wàn)年，甚至上億年呢，誰(shuí)也沒(méi)辦法回答。同時(shí)，由于火星中存在大量的二氧化碳，人類(lèi)要么不呼吸要么呼吸二氧化碳，而我們?nèi)祟?lèi)壓根就適應(yīng)不了高濃度的二氧化碳，這樣會(huì)引發(fā)一系列的不良反應(yīng)甚至死亡。
適應(yīng)這條路行不通，那么最終就只有一種辦法，改造火星。
在改造火星初期，人類(lèi)需要在火星上建起一個(gè)個(gè)巨大的密閉式火星基地。但僅僅依靠人是沒(méi)辦法完成這件事的，基于火星的惡劣環(huán)境，人們穿著厚重的宇航服工作，呼吸、行動(dòng)、體力都是問(wèn)題。
所以必須依靠擁有強(qiáng)人工智能的機(jī)器人，明確分工、準(zhǔn)確高效地協(xié)作完成從原料制造到設(shè)備搬運(yùn)、基地建設(shè)，再到基地密閉艙環(huán)境調(diào)控等一系列復(fù)雜任務(wù)。
德國(guó)宇航中心DLR研發(fā)團(tuán)隊(duì)，花了十年時(shí)間優(yōu)化人型機(jī)器人Justin的物理性能，目的是讓它解決火星上人類(lèi)住房問(wèn)題。物體識(shí)別軟件和計(jì)算機(jī)視覺(jué)能力讓Justin探測(cè)分析周邊的環(huán)境，完成維護(hù)清潔檢查儀器，搬運(yùn)物體等任務(wù)。
同時(shí)他還可以使用工具，拍照并上傳，精準(zhǔn)抓住飛行中的物體和躲避障礙物。在幾個(gè)月前的一次測(cè)試中，在國(guó)際空間站上的宇航員用平板遠(yuǎn)程指導(dǎo)下，Justin幾分鐘就修好了Munich實(shí)驗(yàn)室里失靈的太陽(yáng)能板。
實(shí)際上，不管是科幻電影還是小說(shuō)，在太空人類(lèi)與機(jī)器合作簡(jiǎn)直是標(biāo)配，在移民火星這個(gè)事上，毫不意外也會(huì)如此。
未來(lái)：從弱人工智能到強(qiáng)人工智能
依據(jù)兩種不同的目標(biāo)或理念，工業(yè)界的人工智能主要有兩條路線，一條是弱人工智能，以概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)、貝葉斯定律等為基礎(chǔ)，基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算這套體系人類(lèi)過(guò)去的生產(chǎn)過(guò)程、生活過(guò)程形成的數(shù)據(jù)積累通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)完成指定任務(wù)。
另一條則是強(qiáng)人工智能，主要是對(duì)腦科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)的研究，目的是希望研制出達(dá)到甚至超越人類(lèi)智慧水平的人造物，具有心智和意識(shí)、能根據(jù)自己的意圖開(kāi)展行動(dòng)。
現(xiàn)階段弱人工智能越來(lái)越強(qiáng)，強(qiáng)人工智能卻越來(lái)越弱。因此人類(lèi)對(duì)深空的探測(cè)活動(dòng)中，基本上還處在基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、語(yǔ)音識(shí)別等弱人工智能階段。
但是火星探測(cè)器與地面最遠(yuǎn)通信距離約4億公里，是地月距離的900多倍，“對(duì)話(huà)”延時(shí)長(zhǎng)達(dá)40多分鐘，需要克服信號(hào)衰減、傳輸延時(shí)和外界干擾等因素。由于距離太遠(yuǎn)，大多數(shù)情況下探測(cè)器需要依靠自主控制，獨(dú)立完成帆板展開(kāi)、對(duì)日定向、制動(dòng)捕獲、兩器分離、故障診斷等功能。
因此在未來(lái)，發(fā)揮實(shí)質(zhì)作用的將是一批強(qiáng)人工智能高智能機(jī)器人，可以自主獨(dú)立做出分析判斷，比如前面提到的Justin便在某種程度上向著強(qiáng)人工智能發(fā)展。一般的機(jī)器人，需要預(yù)先嵌入程序，并且它們的每個(gè)行為都需要有明確的指令。但Justin不一樣，它可以自行解決很復(fù)雜的任務(wù)，即使程序里沒(méi)有涉及到這些任務(wù)，某種程度上它具有一定的獨(dú)立思考能力。
不僅僅在國(guó)外，發(fā)展強(qiáng)人工智能也是我國(guó)的航天領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向。我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)于2016年批準(zhǔn)立項(xiàng)，預(yù)計(jì)將在2020年左右，由長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射火星探測(cè)器，直接送入地火轉(zhuǎn)移軌道。而在此次的“出征火星”的計(jì)劃當(dāng)中，強(qiáng)人工智能將發(fā)揮主力軍作用。
結(jié)論
我們可以看到，最近關(guān)于航天的消息層出不窮，比如藍(lán)色起源已經(jīng)躍躍欲試打算將人送入太空，馬斯克的運(yùn)載火箭的成本越來(lái)越低了等等，這無(wú)疑都是未來(lái)移民火星的好消息。
智能相對(duì)論分析師雷宇認(rèn)為，人工智能應(yīng)用到火星其實(shí)不需要特別看待，我們大可將火星看成一個(gè)更加極端的場(chǎng)景。如何將人工智能技術(shù)更好的應(yīng)用到火星，如何突破材料的極限，在很長(zhǎng)一段時(shí)間，都值得我們每個(gè)火星人關(guān)注。
2025-09-16 09:27
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