地球和 火星 之间的信号传输需要长达 24 分钟。如果您是一辆火星探测器，想知道钻哪个岩石，这意味着您需要等待至少 48 分钟才能将新位置的图像发送给 NASA，然后才能收到指示。对于一辆耗资 26 亿美元建造的机器人来说，这是很多空闲时间。
因此，工程师们正越来越多地赋予航天器自主决策的能力。虽然 太空机器人很早就能够控制某些机载系统（例如调节电力使用），但人工智能现在正赋予探测器和轨道器收集和分析科学数据，然后自行决定将哪些信息发送回地球的能力，而无需任何人工干预。
自 2016 年 5 月以来，NASA 一直在“好奇号”探测器上测试一个自主系统。一份 新报告显示，名为 AEGIS（自主探索以收集更多科学数据）的新系统运行良好，并有可能加速科学发现。
“现在火星完全由机器人居住，”喷气推进实验室 AEGIS 软件团队的 Raymond Francis 说，“其中一个机器人的人工智能足够强大，可以自主决定用激光射击什么。”
AEGIS 有两项任务。第一项是挑选看起来有趣的岩石，然后指示“好奇号”的 ChemCam 用激光射击岩石，将其汽化并分析其成分。NASA 控制人员通常会在“好奇号”行驶到新地点后对其进行编程以使用 AEGIS。由于地球需要一段时间才能了解探测器在新位置周围的情况并发送新指令，AEGIS 允许探测器在等待时进行科学测量。
“在这个行驶后阶段，探测器已经移动了，地球上没有人知道它现在在哪里，”Francis 说，“所以探测器必须能够自主决定在火星上瞄准什么，因为地球上没有人能参与进来。”
科学家们教会 AEGIS 如何识别基岩，因为他们对此很感兴趣，因为基岩中蕴含着火星过去是否能够支持生命的线索。93% 的情况下，AEGIS 会选择人类会选择的同一个目标——但没有一个小时左右的延迟。这比过去的测量有了很大的改进，过去的测量是让 ChemCam 在等待 NASA 的时候随机选择一个目标。这些分析只有 24% 的时间能捕获到最佳目标。
瞄准、发射和分析结果大约需要 90 到 105 秒，所以当 NASA 有新指令给它时，探测器已经完成了。然而，如果“好奇号”的电池电量不足，或者已经有太多数据需要发送回地球，团队就会选择不运行 AEGIS。
“好奇号”任务的目的是了解火星盖尔撞击坑的历史，以确定它是否曾经 能够维持生命。“实现这一目标的方法是进行长期勘测，”Francis 说，“AEGIS 通过填补空白，使勘测更加丰富……截至上周，我们已经研究了大约 90 个新的地点，否则这些地点本不会被研究。其中许多结果尚未发表。”
AEGIS 的第二项任务是校准 ChemCam 的瞄准，以协助其人类控制者在他们想要分析岩石上非常小的特征时。如果 NASA 第一次尝试没有命中目标，测量结果可能就永远丢失了，因为探测器需要在之后不久就开走，否则 NASA 在等待第二次尝试时可能会损失一整天的工作。
瞄准校正系统可能会减慢几分钟的速度，但在 NASA 使用它的两次中，它校正了会偏离目标的射击，从而挽救了局面。
AEGIS 软件最初于 2010 年为“机遇号”探测器开发，以帮助其识别和拍摄巨石的照片。“自那以后，我们提高了它区分特定材料的能力，”Francis 说。该团队还在努力增加指向、选择目标和启动后续测量方面的灵活性。
当 NASA 的下一辆探测器于 2020 年登陆这颗红色星球时，它将能够使用 AEGIS 引导的测量，对其桅杆上的任何仪器进行测量。这包括其 SuperCam，它与 ChemCam 类似，但增加了功能——例如分析晶体结构的拉曼光谱仪，以及远程工作的可见光和红外光谱仪。“所以我们将在 2020 年拥有一个 AEGIS 可以指向的完整仪器套件，”Francis 说。
火星以外
在 《科学机器人学》杂志的第二篇论文中，喷气推进实验室人工智能小组的 Steve Chien 详细阐述了智能系统如何开启太空探索的新纪元。
绕地球运行的卫星已经能够区分雪、水或冰，并注意到这些东西的变化。它们可以在收集图像的同时进行分析，以检测火山爆发、火灾或洪水等异常事件，然后通过收集新的图像和数据来采取行动。对于距离地球更远的航天器来说，不必等待指令就可以更容易地研究火星上的尘卷风或彗星喷出的气体等短暂现象。
由于发送信息回家的带宽并不总是那么充足，今天的航天器可以解释它们收集到的数据，决定哪些信息足够重要，值得发送回地球。
人工智能系统不仅能减少空闲时间，还能开启新的能力。“未来，轨道器、探测器和飞行器可以自主组织和协调，以更好地探索遥远的星球，”Chien 写道。翻译：蜂群机器人。在其他星球上。
如果没有机器人自主性，探索 欧罗巴这样的星球将几乎不可能，它的内海可能能够维持生命。在绕木星运行时，这颗卫星离地球非常远，所以延迟时间比火星更糟。更具挑战性的是，欧罗巴的辐射非常强烈，所以航天器在月球表面只能生存有限的时间，然后它的电子设备就会烧毁。因此，能够自主决策的机器人可能是欧罗巴的关键。
但 Francis 警告说，在将自主机器人送往地表之前，我们需要更多关于这颗冰卫星的信息。“我们仍然不知道欧罗巴地表是什么样子。如果我们能更好地了解那个环境，我们就能开发出在那里正常工作的视觉系统。”
这仅仅是在地表。NASA 确实想一窥隐藏在数英里冰层下的欧罗巴的内海。在这种条件下，搜寻生命的机器人可能需要在没有人类输入的情况下探索数天、数周或数月，Chien 指出。
“你谈论的是一个真正、真正未被探索的环境，”Francis 说，“让机器人系统在从未去过的地方工作存在真正的挑战。特别是如果它们要自己选择科学测量。有一些方法可以尝试解决这个问题，比如研究如何检测不同的事物，以及如何对环境中不同的事物进行分类和学习，但这些都需要进一步的研究。”
如果我们曾经向离我们最近的星系——半人马座阿尔法星——发射机器人探测器，我们将面临类似的问题。在这种情况下，任何航天器都必须完全自主地探索该系统（该系统可能包含一个宜居行星），因为与地球的通信将需要八年的往返时间。
显然，在能够发射这样一次任务之前，我们还有很长的路要走，但 Chien 充满希望。“今天的人工智能创新，”他写道，“正在为实现这种自主性铺平道路。”
