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有了更聰明的「大腦」,好奇號可以自己選擇目標

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有了更聰明的「大腦」,

好奇號可以自己選擇目標

讓好奇號變得更聰明的原因是2015年10月地球上傳的一次軟體升級。該軟體的名字是「搜集優先科學目標自主探索」(Autonomous Exploration for Gathering Increased Science, 簡稱AEGIS)。這是歷史上第一次將人工智慧應用於遠程探測器上。而根據NASA科學家透露,這次結果表明相似的人工智慧技術可以被應用在未來更多的任務中。

AEGIS使得探測器能夠被訓練以從眾多岩石中挑選出科學家想要研究的具有特定屬性的那些。因為地球上的控制探測器的科學家無法每時每刻都與好奇號保持聯繫,所以這項技術非常具有價值。現在,好奇號能夠在沒有接收任何指令的情況下自主地尋找可被作為樣本的目標,而不是像以前那樣等著接收「去那兒給那塊岩石採樣」的命令。

「我們無法始終與好奇號保持聯繫,因為火星的自轉,當好奇號在火星背面時我們就無法控制它。」雷蒙德·弗朗西斯,AEGIS的主要系統工程師說。

好奇號火星探測器的桅杆上裝載著兩台用於研究探測器周邊環境的儀器,和兩台立體視覺導航照相機以用於操控探測器和計劃下一步行動。 Credit: NASA/JPL-Caltech

自從AEGIS系統被應用於好奇號後,在2016年5月13日至2017年4月7日這段時間中,該軟體總共被使用54次。在沒有該軟體的時候,好奇號用於觀察科學家感興趣的區域僅佔全部時間的大約24%,而使用該軟體後,該比例上升到93%。

即使探測器能夠與地球取得聯繫,從地球發出的指令傳遞到火星也需要一定的時間,從火星發回的反饋也是同樣如此。在2016年5月,火星到地球的距離達到了11年中最近的一次——7531.7萬千米。穿越如此長的距離,一個無線電信號要耗時4分鐘多一點。所以如果科學家想對火星表面某個目標看得更仔細一些,從發出命令到看到回復,要等待超過8分鐘的時間。

對於任何探測器項目來說,空閑的時間就是被浪費掉的時間,而由於將一個機器人送上火星這樣一個任務既昂貴又困難,所以這顯然不是科學家想要的。一天中毫無目的地晃上幾個小時可能感覺不是很多,但是在整個任務的時間跨度中把這些時間累加起來,所造成的浪費就是不可忽視的了。有了AEGIS,探測器可以在等待接收傳來的下一次無線電指令時自己運行至一個地點,選擇一個目標,並進行數據的收集。這就意味著地球上的科學家完全可以在下次與探測器建立聯繫時再手動控制其選擇目標而不用感到之前的時間都被浪費了。

NASA團隊通過AEGIS軟體操控好奇號在火星背面時對火星基岩的默里岩層特徵進行分析。默里岩層是一種露出地面的岩石帶,具有泥岩特徵。這種岩層的成因有可能是液態水的湖泊。科學家希望知道默里岩層的化學組成會不會隨著時間而改變,因為默里岩層的化學成分改變可以反應出水的化學性質隨時間的改變,從而透露出更多關於火星上水的歷史。

AEGIS目標選擇的示例,在火星日1400到1660期間收集。用藍色標識的物體都被篩選掉了,用紅色標識的被保留。最為理想的目標被用綠色標註,較為理想的則為橘色。Credit: Francis et al., Science Robotics

對於默里岩層的分析需要採集許多泥岩的樣本,但是這樣就會佔用其他實驗和觀測很多的時間。如今有了AEGIS系統,好奇號可以在其與地球聯繫中斷時自主地進行這耗時的重複性工作。研究者也不會使用AEGIS系統來進行其他更高級的任務。弗朗西斯說,用AEGIS系統也可以訓練好奇號來尋找其他種類的岩石。

AEGIS系統通過探測器的兩台照相機——化學儀器照相機(ChemCam)和導航照相機拍攝的圖片,並試圖識別出圖像中物體的邊沿,進而識別出物體的輪廓。

弗朗西斯說:「如果你看到了一個封閉的輪廓,你就成功找到了一個物體,而在火星上,這通常就是一塊岩石。」AEGIS也可以識別出圖像中不同物體的相對亮度(探測器的導航照相機不具備彩色視覺)。邊沿和亮度的組合就使得AEGIS能夠識別物體。

科研團隊有自己的標準來判定什麼樣的物體能夠被算作具有研究價值——例如,具有相對較高亮度的基岩——並且在這些標準下探測器就可以使用照相機來選擇目標。獲取目標後,化學儀器照相機便可以使用一個叫做激光光譜儀的強大的工具來進一步判斷目標物體的組成成分。

當然,AEGIS也有它的能力極限。例如,有些時候探測器會將岩石的陰影也算作岩石輪廓的一部分。但即使如此,這個軟體還是證明其自己是一個強大的工具。

弗朗西斯注意到這樣的自主性將很有可能成為未來更多機器人任務的一個必須。他說:「離地球越遠,無線電信號的延遲就越久,就有更多決定就需要被當場做出。」

作者:Jesse Emspak, Space.com

翻譯、配樂:陸寅楓

校對排版:陳艷玲

責任編輯:解仁江

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