与NASA喷气推进实验室CTO，聊聊“火星上的AI”

人类一直在努力将自己的足迹留在世界的每个角落。而在过去几十年中，人类已经能够将航天器、探测器等发送至或近或远的其他行星，并将AI方案作为操纵这些远程系统中的一大重要组成部分。可以想见，相较于以往需要耗费数小时甚至数天将信号与指令发送至其他行星上的设备，让设备具有智能与自主执行能力，无疑更能适应恶劣的外太空、行星乃至遍布岩砾的物理环境。

在Amazon re: MARS 2019大会上，NASA喷气推进实验室IT首席技术与创新官Tom Soderstrom分享了他的见解，关于各类远程设备如何运用AI，以及如何将AI技术应用于太空探索。Soderstrom目前的主要职责在于规划未来任务，并根据技术发展制定相应战略。

▲ 图：NASA喷气推进实验室IT首席技术与创新官Tom Soderstrom

Soderstrom表示，“我们已经建立起创新体验中心，能够在这里立足当下、体验未来。这样做的目的是更好地了解接下来可以使用哪些技术，并对具体选项进行筛选。其中最值得重视的，自然是能够令喷气推进实验室、NASA以及各合作机构共同受益的方案。”

在re: MARS大会上，Soderstrom发表了关于“MARS大众化”的演讲。这里的“MARS”除了指代火星，同时也是机器学习（machine learning）、自动化（automation）、机器人技术（robotics）以及太空（space）的首字母缩写。“大众化”，是指通过全面技术浪潮将成果推向民间。根据Soderstrom的介绍，这意味着“要让算法与数据真正供未来的探索者们可用，且这一切不必等上几年或者几十年，而应该发生在当下。”

AI无疑是其中的重中之重，喷气推进实验室目前正将AI七大模式全面应用于机器人、探测器以及飞行其他遥远星球的各类航天器。这些远程系统，全面使用AI增强型计算机视觉技术，借此对系统捕捉到的图像进行深入分析。他们还使用到自主系统与控制方案，通过机器学习帮助相关系统更好地适应变化。机器学习驱动下的模式与异常状态识别，能够帮助这类受到严重空间及通信能力限制的系统显著提升自身能力，更好地从往来于不同设备及系统间的数据中提取出洞察见解。另外，AI支持下的预测分析与预测性维护，也将直接决定这些需要运行数年甚至数十年、且期间人类完全无法插手的系统的实际性能。

Soderstrom指出，“目前，我们的卫星已经在近地与深空轨道不停运转，但我们希望提前了解哪些卫星部件可能出现故障。为此，我们使用机器学习并结合来自轨道的返回数据，使用机器学习算法确定其中是否可能出现问题。”

通过结果可视化，每个人都能够及时获取最新状态提醒。“相较于人工智能，我们更愿意称其为情报辅助。这不仅能帮助人们发现异常迹象，甚至能够指示尚未出现但即将发生的异常状况。”

Soderstrom还分享了另一个关于预测性维护的例子。他解释道，“以NASA与喷气推进实验室的实际项目为例，我们需要跟踪遍布整个太阳系的航天器。由于地球在一刻不停地旋转，因此我们必须想办法建立起能够随时随地与航天器连接并通信的天线阵列。以旅行者号探测器为例，与其进行通信的一次信号往返就需要近40个小时。要完成通信，至少需要由一根天线负责发送信号、另一根负责接收信号。”

与其他设备一样，天线也需要维护。因此，目前他们正使用AI技术帮助预测天线是否以及何时需要维护，哪些零件可能损坏并进行维修或更换。根据Soderstrom的介绍，他们可以据此切换天线，采取脱机维修措施且保证期间不致失去通信连接。他还强调称，“同样的方法也适用于火车、汽车、飞机等民用交通工具，我们既可以借此积累经验，也可以从中改善机器学习性能。”

除了使用AI控制地球及太空中的各类系统之外，AI技术还能帮助这类系统快速分析捕捉到的数据与图像，进而提供更多宝贵洞见。Soderstrom指出，“以我们的地球家园为例，最近确实发生了不少大事。我们在喷气推进实验室乃至整个NASA的主要工作，就是从太空角度观察地球，借此获得截然不同的视角。目前无数卫星围绕地球旋转，大约需要90分钟绕地一周。凭借AI技术，我们能够实现多种功能——例如检测森林大火。”

利益于AI技术与卫星的结合，成像系统能够检测到烟云迹象、自动触发相关位置的其他卫星进一步观察以验证火情，并将定位信息以警报形式发送给当地消防部门。当然，这还只是自主卫星的工作方式之一。他还提到卫星可以帮助我们研究水体冻结与冰盖融化的变化模式，配合机器学习帮助人们获得更为真实可靠的数据。

对于AI的发展未来，Soderstrom非常乐观。“我认为我们经历过不少AI寒冬了，AI盛夏也该到来了。我认为未来会出现无数美好的成果。着眼于即将到来的六大技术浪潮，其中有一波绝对就是应用型人工智能。与其他浪潮交织起来，应用型人工智能将嵌入至我们生活中的方方面面，并彻底改变我们的生活方式。无论是智能手机、智能手表还是其他产品，AI总会伴随我们左右。”

事实上，正是对太空探索的无尽追求，造就了我们如今习以为常的许多产品。凯夫拉材料、维可牢尼龙搭扣、婴儿配方奶粉乃至安全玻璃，都是航天事业为我们留下的宝贵财富。随着未来的不懈努力，人工智能也将在这项事业中扮演愈发重要的角色，为地球乃至太空中的人们奉献自己的强大力量。