人类想早点移民火星,AI能帮上忙吗?

十年前,互联网上很多人自诩“火星人”,他们写着常人难以理解的“火星文”,生怕被别人看懂。但是想移民火星做火星人,并不是这十几年发生的事。自从人类在1969年首次登月后,但凡在太空事业上取得一点进展,就会有人问离移民火星还有多远。

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随着40多次火星探测任务的开展,火星已经成为太阳系中除了地球人类了解最为透彻的行星。但即使这样,移民火星依然遥遥无期,最重要的原因是恶劣的环境使人无法生存。另外还有三大障碍:无氧的大气、严寒的温度和干旱的地表,这三个难题都很难被攻克。

随着科技的发展,AI也越来越多地渗透到了航天领域,如上天的航天机器人“西蒙”、日本送入国际空间站的机器人Kirobo等。那么,在移民火星这件事上,AI能帮人类做些什么?

打前哨:兵马未到,探测先行

2018年7月25日,在Science上发表的一篇文章称,意大利多家机构组成的团队对火星快车号探测器的雷达数据进行分析后,发现在火星南极冰盖下方1.5千米处存在一个直径约20千米的稳定的液态湖。这一消息一经发布,人们纷纷欢呼雀跃,似乎一脚已经迈进了火星。

1. 机器视觉与机器学习虽好,但与效率没有太大关系

基于火星复杂的环境,在移民火星之前,探测是非常重要的一步。而我们对火星的认知也绝大多数来自探测仪发回地球的数据,火星探测的重要性不言而喻。

NASA的火星探测器计划一直在紧锣密鼓地进行。早在2016年,“好奇”号开始使用一种名为“科学知识收集自主探索”的软件,将计算机视觉与机器学习结合起来,根据科学家确定的标准,选择岩石和土壤样本进行研究。火星车可以用它的化学摄像机的激光对目标进行射击,分析燃烧的气体,将图像和数据打包,然后发送回地球的指挥中心。

虽然已经在一定程度上积极运用了AI,但是这些火星车行动非常缓慢。在火星超过2000天的时间里,“好奇”号仅行驶了约11.5英里,效率并不算高。

2. 无人机探测飞得更快,探索区域更广

无人机探测是一种高风险、高回报的项目。虽然火星上稀薄的大气层可使巨大旋翼叶片旋转速度更快,但由于火星大气密度只有地球大气的1%,为了使无人机能够在低密度大气环境中飞行,无人机重量要尽可能轻,尽可能结实和牢固,同时需要配备强大的动力。

NASA将在2020年发射“火星2020”探测器,并在这个探测器上搭载一架无人机。在此之前,NASA已经探索性资助了一种全新的探测器:由AI控制的一群机器人蜜蜂Marsbees。Marsbees是一种微型的无人机,结构和大黄蜂类似,但它有更大的翅膀,通过机器震动翼飞行。这样的设计能让这些机器人飞入火星的大气层,探测并获取有关数据。

值得一提的是,火星探测不仅要在火星表面实现数据采集和打包发送,还要突破深空超远距离测控通信、火星制动捕获、在轨长期自主管理、稀薄大气减速与安全着陆等关键技术,而这些关键技术也常常需要AI的辅助。例如在软着陆火星时,AI可以拍摄多张照片,通过分析这些照片,使着陆器自主选择一个能让“四条腿”安全着陆的平面。

定居前:适应不成,“智”能改造

地球上的人和其他生物都是依赖于24小时的生物钟而生活和工作的,但到目前为止,太空中还没有一个星球的自转和公转完全与地球相同。虽然火星自转一周的24.6小时与地球自转一周的23小时56分4.09秒相近,但火星绕太阳的公转周期是1.88年(687日),与地球上的一年相差太多。因此,人类想要在火星上生存,就需要彻底改变自己的生物钟。

而改变生物钟有多难呢?谁也没办法回答。同时,由于火星存在大量的二氧化碳,人类要么不呼吸,要么只能呼吸二氧化碳。如果人类适应不了高浓度的二氧化碳,便会引发一系列不良反应甚至死亡。

适应这条路行不通,那么只有一种办法——改造火星。

在改造火星初期,人类需要在火星建起一个个巨大的密闭式火星基地,但仅依靠人是没办法完成这件事的。由于火星的环境恶劣,人们穿着厚重的宇航服工作,呼吸、行动、体力都是问题,必须依靠拥有强AI的机器人,明确分工、准确高效地协作人类完成从原料制造到设备搬运、基地建设,再到基地密闭舱环境调控等一系列复杂任务。

德国宇航中心DLR研发团队花了十年时间优化人型机器人Justin的物理性能,目的是让它解决火星上人类的住房问题。物体识别软件和计算机视觉能力让Justin能探测并分析周边的环境,完成维护清洁检查仪器、搬运物体等任务,同时它还可以使用工具、拍照并上传照片、精准抓住飞行中的物体和躲避障碍物。在一次测试中,在宇航员用平板远程指导下,Justin仅用几分钟就修好了Munich实验室失灵的太阳能板。

实际上,不管是在科幻电影中还是小说中,在太空,人类与机器人合作都是“标配”,在移民火星这件事上也会如此。

未来:从弱AI到强AI

依据两种不同的目标或理念,工业界的AI主要有两条路线,一条是弱AI路线,以概率论、统计学、贝叶斯定律等为基础,基于大数据、云计算体系及人类过去的生产过程、生活过程形成的数据积累,通过机器学习完成指定任务。另一条是强AI路线,主要是对脑科学、神经科学的研究,目的是研制出达到甚至超越人类智慧水平的人造物,且它能有心智和意识、能根据自己的意识开展行动。

现阶段,弱AI越来越强,强AI却越来越弱。因此,人类对深空的探测活动基本上还处在基于计算机视觉、自然语言处理、机器学习、语音识别等弱AI阶段。

但是火星探测器与地面最远通信距离约4亿千米,是地月距离的900多倍,“对话”延时长达40多分钟,需要克服信号衰减、传输延时和外界干扰等困难。由于距离太远,在大多数情况下探测器需要依靠自主控制,独立完成帆板展开、对日定向、制动捕获、两器分离、故障诊断等工作。

因此在未来,发挥作用的将是一批强AI高智能机器人,它们可以自主独立地进行分析判断,如前面提到的Justin便在某种程度上向着强AI发展。一般的机器人,需要预先嵌入程序,并且它们的每个行为都需要有明确的指令。但Justin不一样,它可以自行解决很复杂的任务,从某种程度上来说,它具有一定的独立思考能力。

发展强AI也是我国航天领域未来的发展方向。我国首次火星探测任务于2016年批准立项,预计将在2020年由“长征五号”运载火箭发射火星探测器,直接送入地火转移轨道。在此次“出征火星”的计划中,强AI将发挥主力军作用。

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