把人工智能送上太空，總共分幾步？_風聞

　　基本達到了地面上 AI 80% 的功能，但面對的挑戰可是大很多。

　　作者 | 美漪

　　編輯| 靖宇****

　　在庫布里克的經典科幻影片《2001 太空漫遊》中，除了開頭的「骨頭變飛船」和「黑石」是經典中的經典，飛船上的人工智能助手哈爾（HAL 9000），也給人們留下了深刻印象。

　　在 50 多年後的現在，導演當年的超前設想，例如平板電腦，都已經成為現實。而人工智能助手，也早已「入住」到全球數十億台手機和電腦之中。不過，太空艙中的「HAL」，似乎還未成為現實。

　　直到現在。

　　當地時間 2022 年 11 月 16 日，NASA 發射「阿耳忒彌斯 1 號」（Artemis I）登月火箭。作為載人月球項目的第一階段成果，Artemis I 搭載的獵户座飛船（Orion）將在此次飛往月球的過程中，檢測各項系統，為此後的 Artemis II 載人項目做好準備。

　　此次發射的獵户座飛船，其中央控制器搭載了屬於自己的「HAL」——人工智能助手 Alexa，亞馬遜團隊經過 4 年多的研發，終於實現了將人工智能助手送上太空的夢想。

　　獵户座飛船中的 Alexa 能做什麼？它能替宇航員開關燈，或者播放喜歡的音樂嗎？

　　01

　　太空版本的 Alexa

　　在地球上，Alexa 具有語音交互、播放音樂、控制智能設備、提供實時信息等功能。在太空飛船上，它又能做些什麼呢？

　　令人驚喜的是，太空上的 Alexa 與你家裏的 Alexa，沒什麼不同。

　　在「Artemis I」上，Alexa 仍然可以處理請求，控制航天器上的連接設備、播放一些音樂、設置定時器和鬧鐘，還能時不時地講個冷笑話「宇航員踩到口香糖時發生了什麼？他被卡在了軌道上」。

　　Alexa 處理請求的界面｜圖片來源：亞馬遜

　　但這些功能要比地球上的 Alexa 有更多限制，因為每一個命令和響應都必須預先編程。比如，船員最喜歡的曲子可以全部預裝在太空 Alexa 上。

　　值得一提的是，Alexa 還可以滿足艙內照明等連接設備的請求。儘管研發團隊只為這次特定的任務實現了這種燈光開關功能，但 Alexa 未來也可以幫助宇航員進行其他動作。

　　Alexa 也可以在宇航員多項任務纏身時，提供幫助，指引宇航員進行下一步，特別是當他們在任務期間被扣在椅子上，戴着手套或以其他方式從事某種任務的時候。

　　此外，太空 Alexa 還可以從獵户座飛船的軟件中，提取和訪問實時遙測數據，轉發獵户座上超過 10 萬個不同的數據點，並對獵户座上數以千計的特定任務問題作出回應，像是「Alexa，獵户座的行駛速度是多少？」、「Alexa，艙內的温度是多少？」

　　對於太空 Alexa 無法解決的問題，系統將接入「深空網絡」，也就是 NASA 用來與最遠的航天器通信，並將信號發送到地球上雲端的天線系統。

　　深空網絡｜圖片來源：NASA

　　這可以讓 Alexa 支持更廣泛的請求，包括從地球檢索信息，從新聞簡報到體育比分；幫助宇航員在執行長期任務時與家人保持聯繫，從點外賣到送禮物，滿足各種「接地氣」的需求。

　　還值得一提的是，結合多項技術與航天器上的本地處理，宇航員可以繞過月地之間發送消息的延遲，做到幾乎同步訪問特定信息和功能。

　　除了回應請求，暖心的 Alexa 還會主動提醒宇航員——地球隨時準備迎接他們回家，來緩解宇航員在長達數週的太空任務中產生的孤獨感和焦慮感。

　　其實此前，Callisto 團隊還特意採訪了宇航員和 NASA 工程師，以瞭解他們的實際需求。

　　調查顯示，他們普遍都對語音控制感有興趣，他們願意嘗試讓 Alexa 設置定時器和警報器；但也有很多人持懷疑態度，畢竟沒有人會願意讓 Alexa 執行關鍵任務的命令，比如打開弔艙的門。

　　簡而言之，太空 Alexa 幾乎可以提供它在地球上提供的一切服務，為機組人員帶來陪伴、支持和幫助，使航天器更容易管理，更像家。

　　03

　　獨特的「挑戰」

　　就像宇航員為太空旅行而艱苦訓練多年一樣，亞馬遜團隊在為 Alexa 準備 42 天的太空旅行而改造地球技術的過程中，也充滿了獨特的挑戰。

　　太空中薄弱的網絡、複雜的噪聲和強烈的輻射，就是該團隊必須解決的一系列問題。

　　首先，太空中幾乎沒有互聯網，這意味着 Alexa 在獵户座飛船上無法訪問雲數據。

　　而在地球上，Alexa 80% 的功能都依賴於雲端服務器——喚醒 Alexa 的話，會激活她的聆聽功能，然後 Alexa 會向雲端解碼語音並制定回應。但在太空，當獵户座飛船在幾十萬英里之外時，到達雲層的時間延遲，可以説是天文數字。

　　這意味着，亞馬遜團隊必須找到一種方法，將系統複雜的語音處理步驟轉移到設備本身，從而實時處理請求數據。

　　為了解決這個問題，該團隊採用了一種名為**「本地語音控制」**的方法。

　　利用這項技術，Alexa 將使用深空網絡連接到任務控制中心，使用「撥號連接的帶寬」在本地處理語音命令，不需要將信息發送到雲端。

　　「本地語音控制」讓太空 Alexa 完全自給自足，不接入雲的 Alexa 還可以減少一些關於隱私的擔憂。

　　Artemis I 此次搭載的 Orion 飛船 | 圖片來源：NASA

　　而且，地面上的用户也可以從這項技術中受益——Alexa「本地語音控制」可以讓人們在互聯網連接有限或沒有互聯網連接的情況下，用 Alexa 做更多事情。

　　Alexa 語音服務的首席解決方案架構師 Philippe Lantin 也曾説，「想想看，當你在汽車裏，通過一個隧道，只有一個微弱的信號或沒有蜂窩網絡連接時，你可以繼續使用語音命令做一些事情，如調整收音機，打開空調」。

　　此外，太空艙內的聲學條件極其複雜，飛行期間的噪音，特別是發動機和泵的噪音、艙內金屬表面相關的混響，帶來了另一組問題。

　　因為，混響可以發出錯誤的頻率，會干擾自動語音識別，使 Alexa 難以接收到喚醒詞的召喚。

　　為了確保 Alexa 能夠在這樣的環境中理解語音，亞馬遜部署了兩個麥克風，提供了聲學和音頻處理軟件，使語音命令以 8000 赫茲的頻率傳輸，以支持通過 Alexa 進行遠場語音交互；並調整處理算法，結合了來自麥克風的信號，以幫助 Alexa 理解從任務控制中心發出的命令。

　　在未來，宇航員還可能會帶着聲學毯子旅行以解決這個問題。

　　此外，亞馬遜團隊表示，從「Artemis I」這個項目中學到的東西，現在正應用於地球上其他具有挑戰性的聲音環境，比如在車窗搖下的行駛中的汽車中檢測語音等。

　　除了網絡和噪聲問題，太空輻射是另一個棘手的問題。

　　月球的輻射是地球輻射的 200 倍，因此，應用在 Artemis 任務的設備，必須能夠抵禦極端的衝擊和振動，它還必須至少對太空中的輻射有最低限度的抵抗力，並利用高度具體和定製的組件，如電源和數據線。

　　因此，必須從頭打造 Alexa，鑑於標準的音箱 Echo 可能無法在發射中「存活」下來。

　　合作伙伴 Lockheed Martin 公司設計了內置 Alexa 的定製太空級硬件，確保設備能夠承受發射以及穿過範艾倫輻射帶產生的強烈衝擊。

　　Alexa 與與一台運行 Webex 的 iPad 共享它的宇航服——Callisto。

　　Callisto 實際上是一個帶有 Alexa 揚聲器（右上角）和麥克風的大型的藍色面板，1.5 英尺乘以 1 英尺，深度約為 5 英寸；因此，太空中的 Alexa 可以聽到來自休斯頓的命令。

　　獵户座 Orion 上的 Callisto 的樣子 | 圖片來源：亞馬遜

　　值得一提的是，亞馬遜、Lockheed Martin、 Cisco 完全承擔了將這一「科學怪人作品」送往月球的費用。

　　因為「Artemis I」是無人駕駛的，目前 Callisto 正坐在未來載人飛行任務中宇航員控制的地方，如果它有一天能和真正的乘員一起乘坐，它就不會坐在那裏了，還將得到一個硬件的重新設計。

　　04

　　AI 進入太空

　　宇航員在太空上非常忙碌，常常需要同時處理多項任務，但他們在太空中的時間非常昂貴，一個宇航員在國際空間站一小時就要花費 13 萬美元。

　　作為信息檢索工具的智能語音助手 Alexa，或許是個解題思路。

　　Alexa 是「Artemis I」進行測試的許多新的創新技術之一，這個測試將為 Alexa 協助未來的載人飛行任務——月球、火星和其他地方奠定基礎。

　　Lockheed Martin 商業民用太空戰略總監 Rob Chambers 在接受採訪時也表示，「Callisto 為我們提供了一個測試平台，我們希望證明，這種類型的技術可以幫助宇航員，通過一些獨特的人機交互技術，使他們的工作更簡單，更安全，更高效」。

　　未來，宇航員將從 Alexa 那裏獲取信息和指引，從而更簡單、更高效地完成工作。

　　**此外，Alexa 的「陪伴」**可以一定程度上的緩解宇航員們在漫長的星際旅程中滋生的孤獨、緊張、焦慮、抑鬱等消極情緒。正如俄羅斯著名科學家奧列格在上世紀所説「限制人類探索太空的不是科學，而是心理學」。

　　事實上，Alexa 並不孤獨。其他國家和組織也在研究可以在太空中使用的機器人。

　　CIMON 是一個漂浮的「球」｜網絡

　　空客、德國航空太空中心（DLR）、IBM 和慕尼黑大學（LMU）共同打造了一個太空陪伴 AI 機器人 CIMON。

　　CIMON 是個沒有四肢的飄浮機器人，外型接近球型，重量約為 5 公斤，由塑膠與金屬材質 3D 打印而成，因此綽號「飛行大腦」。

　　CIMON 內部搭載着 IBM 的人工智能系統 Watson，不僅能協助宇航員們的日常工作，其豐富的交互功能還能夠減輕宇航員的壓力。它可以識別宇航員的聲音和麪部，實現簡單的對話，同時還能通過攝像頭捕捉到對方的情緒變化，並利用這些信息與其更好地交互。

　　當人們為 OpenAI 推出的 ChatGPT 而興奮的時候，可能還沒有想到，已經在逐漸改變人們生活的人工智能，其實已經隨着人類探索的步伐，開始進入到太空之中。雖然目前這些人工智能助手還只是類似玩具的存在，但相信在不久的將來，「HAL」式的人工智能，很可能會成為人類漫遊太空的重要工具。

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　　極客一問

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