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把人工智能送上太空,总共分几步?

【蜂耘网  人工智能】在库布里克的经典科幻影片《2001 太空漫游》中,除了开头的「骨头变飞船」和「黑石」是经典中的经典,飞船上的人工智能助手哈尔(HAL 9000),也给人们留下了深刻印象。

 

在 50 多年后的现在,导演当年的超前设想,例如平板电脑,都已经成为现实。而人工智能助手,也早已「入住」到全球数十亿台手机和电脑之中。不过,太空舱中的「HAL」,似乎还未成为现实。

 

直到现在。

 

当地时间 2022 年 11 月 16 日,NASA 发射「阿耳忒弥斯 1 号」(Artemis I)登月火箭。作为载人月球项目的第一阶段成果,Artemis I 搭载的猎户座飞船(Orion)将在此次飞往月球的过程中,检测各项系统,为此后的 Artemis II 载人项目做好准备。

 

此次发射的猎户座飞船,其中央控制器搭载了属于自己的「HAL」——人工智能助手 Alexa,亚马逊团队经过 4 年多的研发,终于实现了将人工智能助手送上太空的梦想。

 

猎户座飞船中的 Alexa 能做什么?它能替宇航员开关灯,或者播放喜欢的音乐吗?

 

太空版本的 Alexa

 

在地球上,Alexa 具有语音交互、播放音乐、控制智能设备、提供实时信息等功能。在太空飞船上,它又能做些什么呢?

 

令人惊喜的是,太空上的 Alexa 与你家里的 Alexa,没什么不同。

 

在「Artemis I」上,Alexa 仍然可以处理请求,控制航天器上的连接设备、播放一些音乐、设置定时器和闹钟,还能时不时地讲个冷笑话「宇航员踩到口香糖时发生了什么?他被卡在了轨道上」。

 

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Alexa 处理请求的界面

 

但这些功能要比地球上的 Alexa 有更多限制,因为每一个命令和响应都必须预先编程。比如,船员最喜欢的曲子可以全部预装在太空 Alexa 上。

 

值得一提的是,Alexa 还可以满足舱内照明等连接设备的请求。尽管研发团队只为这次特定的任务实现了这种灯光开关功能,但 Alexa 未来也可以帮助宇航员进行其他动作。

 

Alexa 也可以在宇航员多项任务缠身时,提供帮助,指引宇航员进行下一步,特别是当他们在任务期间被扣在椅子上,戴着手套或以其他方式从事某种任务的时候。

 

此外,太空 Alexa 还可以从猎户座飞船的软件中,提取和访问实时遥测数据,转发猎户座上超过 10 万个不同的数据点,并对猎户座上数以千计的特定任务问题作出回应,像是「Alexa,猎户座的行驶速度是多少?」、「Alexa,舱内的温度是多少?」

 

对于太空 Alexa 无法解决的问题,系统将接入「深空网络」,也就是 NASA 用来与最远的航天器通信,并将信号发送到地球上云端的天线系统。

 

深空网络

 

这可以让 Alexa 支持更广泛的请求,包括从地球检索信息,从新闻简报到体育比分;帮助宇航员在执行长期任务时与家人保持联系,从点外卖到送礼物,满足各种「接地气」的需求。

 

还值得一提的是,结合多项技术与航天器上的本地处理,宇航员可以绕过月地之间发送消息的延迟,做到几乎同步访问特定信息和功能。

 

除了回应请求,暖心的 Alexa 还会主动提醒宇航员——地球随时准备迎接他们回家,来缓解宇航员在长达数周的太空任务中产生的孤独感和焦虑感。

 

其实此前,Callisto 团队还特意采访了宇航员和 NASA 工程师,以了解他们的实际需求。

 

调查显示,他们普遍都对语音控制感有兴趣,他们愿意尝试让 Alexa 设置定时器和警报器;但也有很多人持怀疑态度,毕竟没有人会愿意让 Alexa 执行关键任务的命令,比如打开吊舱的门。

 

简而言之,太空 Alexa 几乎可以提供它在地球上提供的一切服务,为机组人员带来陪伴、支持和帮助,使航天器更容易管理,更像家。

 

独特的「挑战」

 

就像宇航员为太空旅行而艰苦训练多年一样,亚马逊团队在为 Alexa 准备 42 天的太空旅行而改造地球技术的过程中,也充满了独特的挑战。

 

太空中薄弱的网络、复杂的噪声和强烈的辐射,就是该团队必须解决的一系列问题。

 

首先,太空中几乎没有互联网,这意味着 Alexa 在猎户座飞船上无法访问云数据。

 

而在地球上,Alexa 80% 的功能都依赖于云端服务器——唤醒 Alexa 的话,会激活她的聆听功能,然后 Alexa 会向云端解码语音并制定回应。但在太空,当猎户座飞船在几十万英里之外时,到达云层的时间延迟,可以说是天文数字。

 

这意味着,亚马逊团队必须找到一种方法,将系统复杂的语音处理步骤转移到设备本身,从而实时处理请求数据。

 

为了解决这个问题,该团队采用了一种名为「本地语音控制」的方法。

 

利用这项技术,Alexa 将使用深空网络连接到任务控制中心,使用「拨号连接的带宽」在本地处理语音命令,不需要将信息发送到云端。

 

「本地语音控制」让太空 Alexa 完全自给自足,不接入云的 Alexa 还可以减少一些关于隐私的担忧。

 

Artemis I 此次搭载的 Orion 飞船

 

而且,地面上的用户也可以从这项技术中受益——Alexa「本地语音控制」可以让人们在互联网连接有限或没有互联网连接的情况下,用 Alexa 做更多事情。

 

Alexa 语音服务的首席解决方案架构师 Philippe Lantin 也曾说,「想想看,当你在汽车里,通过一个隧道,只有一个微弱的信号或没有蜂窝网络连接时,你可以继续使用语音命令做一些事情,如调整收音机,打开空调」。

 

此外,太空舱内的声学条件极其复杂,飞行期间的噪音,特别是发动机和泵的噪音、舱内金属表面相关的混响,带来了另一组问题。

 

因为,混响可以发出错误的频率,会干扰自动语音识别,使 Alexa 难以接收到唤醒词的召唤。

 

为了确保 Alexa 能够在这样的环境中理解语音,亚马逊部署了两个麦克风,提供了声学和音频处理软件,使语音命令以 8000 赫兹的频率传输,以支持通过 Alexa 进行远场语音交互;并调整处理算法,结合了来自麦克风的信号,以帮助 Alexa 理解从任务控制中心发出的命令。

 

在未来,宇航员还可能会带着声学毯子旅行以解决这个问题。

 

此外,亚马逊团队表示,从「Artemis I」这个项目中学到的东西,现在正应用于地球上其他具有挑战性的声音环境,比如在车窗摇下的行驶中的汽车中检测语音等。

 

除了网络和噪声问题,太空辐射是另一个棘手的问题。

 

月球的辐射是地球辐射的 200 倍,因此,应用在 Artemis 任务的设备,必须能够抵御极端的冲击和振动,它还必须至少对太空中的辐射有最低限度的抵抗力,并利用高度具体和定制的组件,如电源和数据线。

 

因此,必须从头打造 Alexa,鉴于标准的音箱 Echo 可能无法在发射中「存活」下来。

 

合作伙伴 Lockheed Martin 公司设计了内置 Alexa 的定制太空级硬件,确保设备能够承受发射以及穿过范艾伦辐射带产生的强烈冲击。

 

Alexa 与与一台运行 Webex 的 iPad 共享它的宇航服——Callisto。

 

Callisto 实际上是一个带有 Alexa 扬声器(右上角)和麦克风的大型的蓝色面板,1.5 英尺乘以 1 英尺,深度约为 5 英寸;因此,太空中的 Alexa 可以听到来自休斯顿的命令。

 

猎户座 Orion 上的 Callisto 的样子

 

值得一提的是,亚马逊、Lockheed Martin、 Cisco 完全承担了将这一「科学怪人作品」送往月球的费用。

 

因为「Artemis I」是无人驾驶的,目前 Callisto 正坐在未来载人飞行任务中宇航员控制的地方,如果它有一天能和真正的乘员一起乘坐,它就不会坐在那里了,还将得到一个硬件的重新设计。

 

AI 进入太空

 

宇航员在太空上非常忙碌,常常需要同时处理多项任务,但他们在太空中的时间非常昂贵,一个宇航员在国际空间站一小时就要花费 13 万美元。

 

作为信息检索工具的智能语音助手 Alexa,或许是个解题思路。

 

Alexa 是「Artemis I」进行测试的许多新的创新技术之一,这个测试将为 Alexa 协助未来的载人飞行任务——月球、火星和其他地方奠定基础。

 

Lockheed Martin 商业民用太空战略总监 Rob Chambers 在接受采访时也表示,「Callisto 为我们提供了一个测试平台,我们希望证明,这种类型的技术可以帮助宇航员,通过一些独特的人机交互技术,使他们的工作更简单,更安全,更高效」。

 

未来,宇航员将从 Alexa 那里获取信息和指引,从而更简单、更高效地完成工作。

 

此外,Alexa 的「陪伴」可以一定程度上的缓解宇航员们在漫长的星际旅程中滋生的孤独、紧张、焦虑、抑郁等消极情绪。正如俄罗斯著名科学家奥列格在上世纪所说「限制人类探索太空的不是科学,而是心理学」。

 

事实上,Alexa 并不孤独。其他国家和组织也在研究可以在太空中使用的机器人。

 

CIMON 是一个漂浮的「球」|网络

 

空客、德国航空太空中心(DLR)、IBM 和慕尼黑大学(LMU)共同打造了一个太空陪伴 AI 机器人 CIMON。

 

CIMON 是个没有四肢的飘浮机器人,外型接近球型,重量约为 5 公斤,由塑胶与金属材质 3D 打印而成,因此绰号「飞行大脑」。

 

CIMON 内部搭载着 IBM 的人工智能系统 Watson,不仅能协助宇航员们的日常工作,其丰富的交互功能还能够减轻宇航员的压力。它可以识别宇航员的声音和面部,实现简单的对话,同时还能通过摄像头捕捉到对方的情绪变化,并利用这些信息与其更好地交互。

 

当人们为 OpenAI 推出的 ChatGPT 而兴奋的时候,可能还没有想到,已经在逐渐改变人们生活的人工智能,其实已经随着人类探索的步伐,开始进入到太空之中。虽然目前这些人工智能助手还只是类似玩具的存在,但相信在不久的将来,「HAL」式的人工智能,很可能会成为人类漫游太空的重要工具。

 

(蜂耘人工智能网  责任编辑:墨染)

2022-12-09 09:19

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来源:极客公园
亚马逊团队经过 4 年多的研发,终于实现了将人工智能助手送上太空的梦想。

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