把人工智能送上太空，总共分几步？
基本达到了地面上 AI 80% 的功能，但面对的挑战可是大很多。
作者 | 美漪
编辑 | 靖宇
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？
01
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」。
Alexa 处理请求的界面｜图片来源：亚马逊
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｜图片来源：NASA
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。
03
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 | 图片来源：NASA
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 | 图片来源：亚马逊
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。
04
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。
本文为极客公园原创文章，转载请联系极客君微信 geekparkGO
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