給未來太空探索機(jī)器人裝上大腦

美國科學(xué)家正在研制一款名為“TextureCam”的智能照相機(jī)，不僅能夠給外星球上的巖石拍照，還能對照片進(jìn)行分析并根據(jù)分析結(jié)果決定下一步的行動。在未來的太空探索機(jī)器人身上，美國航空航天局有望安裝TextureCam，使其扮演大腦的角色，讓機(jī)器人具備自行做出決定的能力。

“好奇”號火星車雖然得出了一系列引人注目的發(fā)現(xiàn)，但這輛火星車在設(shè)計上并沒有完全達(dá)到讓科學(xué)家滿意的程度，它是一輛沒有“大腦”的火星車。在每個火星日的開始，美國航空航天局需要向“好奇”號傳輸工作議程方面的信息。由于與火星相距遙遠(yuǎn)，導(dǎo)致雙方之間的通信出現(xiàn)長時間延遲。即使以光速傳輸，從地球發(fā)出的指令也需要大約20分鐘才能抵達(dá)火星表面，來回就是40分鐘，這讓對“好奇”號進(jìn)行實時操控成為一種不可能。地球與木衛(wèi)二“歐羅巴”之間的通信延遲時間更長，達(dá)到90分鐘。

TextureCam裝有兩個鏡頭，能夠拍攝3D照片。此外，它還裝有一個特殊的處理器，獨立于機(jī)器人的主電腦，負(fù)責(zé)分析照片。通過分析照片中呈現(xiàn)的紋理，處理器能夠辨認(rèn)出沙子、巖石和天空。隨后，處理器根據(jù)照片中巖石的尺寸和距離，判斷巖層是否具有科學(xué)研究價值。

如果發(fā)現(xiàn)一塊有趣的巖石，TextureCam便會將巖石的高分辨率照片傳回地球，或者向主處理器發(fā)送指令，命令機(jī)器人移動到巖石位置，而后采集樣本。TextureCam項目研究員、加利福尼亞州噴氣推進(jìn)實驗室的地質(zhì)學(xué)家基利·瓦格斯塔夫表示：“我們當(dāng)前的太空探索采取的是微管理方式。雖然這種方式對于火星車來說足夠了，但對于距離地球更遠(yuǎn)的星球，這種方式便存在局限性。如果你希望實施更雄心勃勃的探索計劃，探索木衛(wèi)二———‘歐羅巴’、小行星和彗星，你就需要讓機(jī)器人具備更大的自治能力。”

最近，研究人員為“好奇”號增加了自治導(dǎo)航能力。“好奇”號的科學(xué)研究目標(biāo)，仍需根據(jù)它向地球傳回的照片決定。火星與地球之間的通信消耗大量能量，每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在0.012兆位左右，只有3G手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的1/250左右。火星軌道器能夠幫助加速數(shù)據(jù)傳輸，但這種幫助只有在衛(wèi)星進(jìn)入適當(dāng)位置后才能成為現(xiàn)實，每天可用時間只有幾分鐘。“好奇”號的通信能力受限，限制了向地球傳輸?shù)幕鹦钦掌瑪?shù)量。瓦格斯塔夫表示：“如果這輛火星車能夠自行決定哪些研究對象在科學(xué)上具有重要意義，便會給這些對象拍攝更多照片，而后將照片傳給地球。這種能力還可以與它的其他能力結(jié)合在一起，得到出乎意料的新發(fā)現(xiàn)。”

目前，對TextureCam的研究還處在初級階段。瓦格斯塔夫正在訓(xùn)練TextureCam分析此前火星車任務(wù)拍攝的火星照片，這種訓(xùn)練與智能手機(jī)和電腦的面部解鎖類似。展示給TextureCam的有趣巖石的樣本越多，辨別讓巖石具有重要科學(xué)研究價值的共同特征的能力就越強(qiáng)。最近，TextureCam成功地在加利福尼亞州南部莫哈韋沙漠的多巖地帶接受了測試。莫哈韋沙漠橫跨猶他州、內(nèi)華達(dá)州南部及亞利桑那州西北部地區(qū)，占地超過57 000平方千米，是典型的盆地地形，有特殊的西部沙漠景致。正因為莫哈韋沙漠與火星地表類似，所以這里是一個合適的測試地點。美國航空航天局在此設(shè)置了一座偵測衛(wèi)星基地，并與其他基地聯(lián)合成立了遠(yuǎn)太空聯(lián)絡(luò)網(wǎng)。