機器忍者下海修煉

橙色的水下機器人“忍耐”被賦予一項特殊使命——到木衛二長期蹲點，尋找地外生命。不過目前，它仍然在地球上閉關修煉。

邦尼湖，南極，人跡罕至。沒有比這兒更合適的地方了。位于麥克默多干谷（McMurdo DryValley）的邦尼湖表面覆蓋著冰雪，數米厚的冰層之下則是平靜的湖水。此外，冰點溫度，強風和降雪，極強的太陽輻射，讓這里更像太空中一顆行星的表面。2008 年12 月，一次深入湖水底部的探險開始了。邦尼湖湖底的溫度最高能達到25℃，水的含鹽量可以達到海水的10 倍。當然，這次對邦尼湖生態系統的探測不需要科學家親自下潛到湖底，真正的主角是名為“忍耐”（ENDURANCE）的水下機器人，專業上被稱作深井熱量探測器， DepthX（DeepPhreatic Thermal Explorer）。從外觀上看，它很像一個橙色大蘑菇。為了潛入到邦尼湖內部，科學家先要在湖面上制造一個冰洞，再用大型起重機把“忍耐”機器人投放到水下。貫穿冰層后，它便在黑暗中潛水航行，同時探測水中的環境，繪制出邦尼湖底的地圖。當發現存在微生物的環境時，機器人會把周圍的液態和固態樣本收集起來。在這次邦尼湖水下實驗中，機器人通過一條系纜和地面相連，并隨時將拍到的照片傳回到地面控制總部——一頂臨時搭建的帳篷里。

邦尼湖的探索非同小可。它是為了實現一個遠大目標——尋找地外生命而進行的重要實驗，而這其中的關鍵就是DepthX，會潛水的機器人。

編外宇航員的“忍耐”

比爾· 斯通（Bill Stone）曾夢想當一名宇航員。1989 年他從上萬名應征者中脫穎而出，到美國宇航局總部進行面試時，聲稱自己需要20 億美元。“我要在月球上建一支私人探險隊。”斯通說。

這次會面讓官方認定他是個“傲慢自大，缺少控制”的家伙。他沒能成為宇航員，但他的夢想卻通過另一種方式被注入了生命：作為結構工程學博士、太空專家，他在業余撰寫太空船和空間站的科學著作，此外還開了一家叫斯通宇航(StoneAerospace) 的小型公司。他還被認為是世界上最著名的洞穴探險家，進行過50 多次探險，發明了一大堆潛水設備和漫游機器人。“忍耐”就是在美國宇航局的“太空行星生物探索”（Astrobiology Science andTechnology for Exploring Planets， ASTEP） 計劃的資助下，由比爾· 斯通聯合卡內基· 梅隆大學等機構設計制造的。其實對他而言，這些洞穴中的探險只是演練，真正的舞臺依然在黑夜的星群之間。昔日月球探險隊的夢想并沒有遠去，反而變得更清晰了，而“忍耐”無疑是這一夢想的重要載體。

這臺像橙色大蘑菇的DepthX 重達1.5 噸，擁有100 多個傳感器，36 臺計算機，16 個推進器，由電池驅動。此外，它安裝有3 臺攝像裝備，并可以通過內部的圖像分析軟件判斷水下環境，并繪制三維地形圖。它有一支伸縮探測手臂，控制收集樣本的核心控制器，以及盛放固體、液體樣本的彈性容器。“忍耐”的核心優勢在于，它擁有“思考”能力，能夠完全自主地完成科學探險任務，能自己判斷航行方向，進行樣品采集，并知道如何返航。像火星上的“勇氣號”和“機遇號”，它們只是半自動的探測器，雖然能搜集大量的數據和圖像，卻只是由地球上的科學家進行遙控，給它們發布指令。

另一個巨大優勢在于它使用了同步定位和繪圖（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM） 的新型三維導航技術，不但能繪制出完全黑暗區域的三維圖像，還知道其所處的位置。當“忍耐”在湖底，或者水下洞穴中航行時，只要攝像頭或者化學傳感器發現周圍環境有微生物存在的信息，它就會停止行進，切換到“科學家”模式，進行樣本采集。

2006 年11 月，比爾· 斯通來到華盛頓，向美國宇航局的人展示了“忍耐”。他們對這臺無人駕駛的機器很感興趣。2007 年年初，“忍耐”在墨西哥的塔毛利帕斯州首次進行實地測試。5 月，在世界上最深的海底洞穴——墨西哥海域東北部深處的“埃爾· 扎卡頓”進行了測試，這個洞穴約有1000 米深，100 米寬，足以裝下一座埃菲爾鐵塔。在完全沒有預定指令的情況下，“忍耐”成功采集到了覆蓋在灰巖坑壁的生物膠粘物質層樣本和水樣，安全返回地面。在2008 年底的邦尼湖探測之后，它還將繼續在南極，完成對世界上最大的冰下湖——沃斯托克湖（LakeVostok）的探險。

深度下潛· 登陸木衛二

之所以讓“忍耐”馬不停蹄地進行探測實驗，原因在于科學家們對木星的一顆衛星，木衛二的興趣。木衛二是木星的第四大衛星，略小于月球，星球表面覆蓋了一層冰川，像是包裹了晶瑩剔透的外殼。根據伽利略木星探測器發回的圖片，科學家們判斷，在冰層下面隱藏了一片巨大的海洋，深度達100 千米——也就是說，木衛二上蘊含的水量是地球的兩倍。這里具有生命誕生的條件：液態水、有機物和豐富的能源。

“在木衛二的這個湖面上有3.5 千米厚的冰層，”比爾· 斯通說。“人人都想知道冰下面究竟是什么。”

這也是能在未知區域中作業的“忍耐”的最終使命。“埃爾· 扎卡頓”洞穴的高壓、熱水、蒸汽、沒有陽光和氧氣的環境與木衛二的環境有類似之處，邦尼湖的冰冷環境也充分測試了“忍耐”的性能。不斷測試，不斷完善，在未來，改進型的“忍耐”將被發射到宇宙中，隨飛船在木衛二表面的冰層上著陸。之后，先要由核動力的推進器燃燒掉幾千米厚的冰層，而冰洞的盡頭就是這星球中沉默的海洋。在這里，“忍耐”將開始獨自出發，探索未知的浩瀚海洋，尋找任何可能的生命痕跡。科學家們希望它能夠在冰層下持續工作20 年。美國宇航局認為，從技術上看，探測木衛二將是航天史上最復雜的計劃。

比爾· 斯通則有更符合自己個性的表達：“在木衛二上著陸，穿過堅硬的冰帽。你的腦海里會浮現出，我們研制的最尖端的機器人將去一個它必須獨自進行探測的地方尋找生命，然后回來，給地球打電話。”在斯通的心中，探索巨大的未知，這是多么激動人心的事，說不定在陌生星球內部的海洋中，居住著難以理解的生命形式，甚至有一頭巨獸在等著人們呢！

AUV 奢華家族

雖然“忍耐”的設計如此超前，但它并不孤單。在它身后，有著龐大的水下機器人（也即水下無人探測器，Unmanned Underwater Vehicle，UUV）家族。第一艘水下無人潛艇在1953 年誕生，但直到20 世紀70 年代，隨著海洋油氣業的蓬勃興起，水下機器人才真正飛速發展。其中，又屬自主式水下探測器（Autonomous Underwater Vehicle， AUV）最被看好。“忍耐”就屬于AUV 中最先進的一種。

和潛水艇在軍事上發揮重要作用一樣，AUV 家族活躍在海洋科學研究和海洋工業領域。1980 年，法國研發建造的“虎鯨”號AUV 水下機器人，曾先后進行過130 次探險，在太平洋海底完成了峽谷調查、錳結核調查、地中海海底電纜事故調查等重大任務。1987 年，法國又建造了比“虎鯨”智能程度高很多的“埃里特”聲學遙控潛水器，用來完成水下鉆井機檢查，海底油機設備安裝，油管敷設等復雜任務。進入到21 世紀，隨著人類對海洋開發需求的增長，AUV 越來越受到重視，會有更多的任務等待著它們。

事實上，目前人們對幽暗的海洋深處的了解，和對木衛二內部的了解程度差不多。今后，我們有足夠的理由讓越來越多的AUV 下潛到海洋中，在海底探索，尋找那些早已存在，卻不為人知的問題的答案。

● 忍耐獨自實驗

在比爾· 斯通看來，“忍耐”在木衛二必須解決兩個問題，一個是在水下自動作業，另一個就是自主進行科學調查，像一名真正的科學家那樣。因此“忍耐”配備了固體、液體樣本采集器，樣本會先放到“忍耐”自帶的顯微鏡下審驗，由內置的科學工具包分析是否有必要收集，合格的留下，否則放棄，所有操作都是自動的。