美宇航局智能太空探测器探索遥远世界：自主任务与智能导航系统的发展

太空机器人2.0-开发背景播报

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任务控制中心距离这两个机器人仅 10 米，它们都位于加利福尼亚州帕萨迪纳市 NASA 喷气推进实验室的车库内。工程师可以随时介入并纠正机器人的错误。如果这次实验成功，两个机器人在发现异常后能够自行决定将图像传回基地，那么科学家们距离实现 NASA 未来利用智能太空探测器探索遥远世界的目标又近了一步。不久的将来。在控制器很少或没有帮助的情况下寻找水或生命迹象。

美国宇航局与其他太空研究机构多年来一直在尝试此类自主任务。例如，1999年，美国宇航局的深空一号探测器利用智能导航系统找到了通往小行星的路径——行程长达6亿公里。

2003年至今播出

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美国宇航局地球观测一号（EO-1）卫星上的自动控制系统开始绕地球旋转。它帮助地球观测一号卫星探测火山爆发和灾难性洪水，以便卫星拍摄这些事件并将照片传回地面控制中心供科学家研究。 2003年10月左右，一套最新升级的智能软件将被上传到NASA火星探测器上，进一步提高其自主决策能力，使其能够独立搜索不寻常的岩石结构。

这个想法并不是要让机器人完全摆脱科学家的控制。但这是第一次，将机器人送入太空比以往任何时候都更容易、更便宜，那么为什么不让它们变得更有效率呢？此外，机器人距离地球基地越来越远，通过地面人员远程控制机器人变得越来越不切实际，因为从地球到达火星可能需要20分钟，而几个人则需要更多的时间。木星卫星到达木星。一小时。既然如此，我们应该开发什么样的机器人呢？

广播详细解释

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首先，机器人应该能够独立导航、快速响应突发事件，并且即使关键部件出现故障也能继续工作。其次，行星机器人将接受训练，在岩石中寻找化石骨头，从而使区分活细胞和土块等任务变得轻而易举。美国宇航局的机遇号和勇气号火星车是最接近具有大脑的太空机器人目标的两辆火星车，但即便如此，它们的能力仍然相当有限。自2004年1月登陆火星以来，他们不得不应对六次重大技术故障，例如内存模块故障和轮子卡在沙子里。 “机遇”号和“勇气”号仍在火星上工作，将重要的地质数据传输给地面任务控制中心的工程师，工程师可以远程修复这些数据。

太空机器人2.0-工作原理直播

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太空机器人2.0

NASA喷气推进实验室人工智能部门主任Steve Chien表示，事实上，机遇号和勇气号只能独立执行一些简单的任务，比如从A点移动到B点、停下来拍照等。此外，它们还可以独立探测云层和称为尘暴的小型尘暴，并且可以保护自己免受意外损坏——远离陡峭的山坡或大岩石。至于更复杂的任务，他们只能依靠地面管制员的帮助。

这是太空机器人的一个重大缺陷。 NASA 的首个火星探测器 在 1997 年的任务中仅移动了 100 米，而机遇号和勇气号迄今已行驶了 24 公里。在火星表面旅行时，他们拍摄了许多地形地貌的照片，但仍然无法全面探索这颗红色星球。高级计算机专家、美国宇航局喷气推进实验室自主科学开发团队成员塔拉·埃斯特林表示：“每次我们发起探测任务，我们都会在火星表面走得更远。但谁知道我们有什么有趣的事情呢？”你错过了什么吗？”

美国宇航局并不期望火星漫游者记录他们所看到的一切，然后将其全部发送回地球。毕竟，他们没有足够的精力、带宽和时间来完成这项工作。喷气推进实验室的科学家们花了十年时间开发新软件，使火星漫游者能够分析他们拍摄的图像，并独立决定哪些地质特征值得进一步探索。实现这一目标的关键是一个名为 OASIS（机载自动科学测量系统）的软件包。

按照科学家的想法进行广播

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每天火星车出发前，地面控制人员都会向OASIS软件包上传指令，以便火星车按照指令检测关键目标。目标可能是漫游者视野中最大或最苍白的岩石，或者是火山喷发留下的锋利边缘的岩石。接下来，一旦火星车拍照，OASIS软件包就会使用一种特殊的算法来筛选视野中的所有岩石，并在命令列表中选择这些目标。 OASIS 软件包不仅告诉火星车哪些特征是科学家感兴趣的，而且还告诉它们的相对价值：应该研究可能被水腐蚀的光滑岩石，而不是粗糙的岩石，这会有所帮助。漫游者于决定下一步该做什么。

太空机器人2.0-面临的问题广播

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科学家还需要考虑一些实际问题。当漫游车探索崎岖的表面时，它们必须始终知道自己是否有足够的时间、能量和存储空间来继续前进。因此，美国宇航局喷气推进实验室的一个研究小组开发了另一套新软件，可以计划和安排事件。

这套软件可以帮助漫游者对他们的活动进行排序，以便他们能够安全地实现既定目标，并沿途进行必要的时间表更改。例如，当经过一个次优目标时，流动站会决定是拍摄它的6张照片还是拍摄几米外更有趣的目标，因为完成后一个任务会消耗更多的能量。

OASIS软件包播出

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流动站可以被独立识别为最高优先级目标。喷气推进实验室研究团队决定采取下一步行动：让漫游车驶向感兴趣的目标，并使用其携带的传感器近距离探测它。为此， 和她的同事没有使用 OASIS 软件包。相反，他们使用包中的数据创建了一个名为“自主探索采集优先科学目标”（或 AEGIS）的新控件。系统。该系统已在喷气推进实验室成功测试，并计划于九月下旬转移到机遇号火星车上。

一旦加载了AEGIS系统，机遇号就可以用高清摄像头独立拍照，并将数据传回地面供地面人员分析——这将是计算机软件首次能够控制另一个表面上的设备世界。埃斯特林表示，这只是一个开始。例如，喷气推进实验室和卫斯理大学的研究人员联手开发了一种智能检测系统，使漫游者能够独立进行基础科学实验。在这种情况下，它的任务是识别外星岩石中的特定矿物。

该探测系统由两台由“支持向量机”（SVM）控制的自动光谱仪（类似于人工神经网络的装置）组成，并已应用于“对地观测一号”卫星。新的支持向量机使用光谱仪进行测量，然后将结果与包含数千个矿物光谱的机载数据库进行比较。研究人员在《国际太阳系研究》杂志上发表了他们的发现。研究结果表明，他们的支持向量机几乎每次都能自动识别黄钾铁矾的存在，即使在复杂的岩石混合物中也是如此。黄钾铁矾是一种与温泉相关的硫酸盐矿物。

太空机器人2.0-项目探索报告

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尽管这些自主系统变得越来越先进，但它们距离成为科幻小说中描绘的有意识的机器人还有很长的路要走。在科幻小说中，机器人可以说话、拥有多种感官并识别新的生命形式。史蒂夫承认，目前还不可能赋予机器人“新颖的检测能力”，从一堆岩石中挑选出形状异常的骨头，更不用说检测活的生物了。

理论上，冰晶和活细胞等复杂自然物体的形状可以用计算机代码描述并嵌入软件库中。接下来，机器人只需要用一些传感器（例如具有足够放大倍数的显微镜）对其进行拍照，即可轻松完成整个任务。事实上，识别细胞是一项具有挑战性的技术，因为它们的特征可能难以捉摸。 1999 年，NASA 资助了一项雄心勃勃的研究计划，试图发现形状、对称性或一系列组合特征等特定特征是否可以成为识别和分类具有简单结构的生物体的关键。

根据这项研究计划，科学家们希望创建一个大型地球图像库，以教导神经网络寻找哪些特征。不幸的是，该项目匆忙结束，没有发现任何有用的信息。正如简单的计算不太可能提供外星生命的确凿证据一样，大多数行星科学家认为，无论单个机器人探测器的人工智能多么先进，它都无法解开所有谜团。因此，喷气推进实验室的科学家提出，机器人团队一起工作，围绕外星世界运行，寻找地表感兴趣的目标，然后互相通知，以帮助确定哪些特征值得密切观察。

该模型仍在测试和报告中

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自 2004 年以来，从南极洲的阿里伯斯山到夏威夷的莫纳罗亚火山和基拉韦厄火山，火山周围的传感器一直在监视可能预示火山喷发的突然变化。一旦发现异常信号，他们就可以召唤“对地观测一号”卫星。这颗卫星使用计算机软件规划飞越路线并筛选目标区域。如果天空晴朗，它就会记录图像并进行处理，然后发送到目标区域。发送至地面控制中心。