当我们追上这台机器人时，它正以一种笨拙而略显困惑的方式在阿塔卡马沙漠中缓慢移动。阿塔卡马沙漠覆盖了智利北部的大部分地区。据说这里是地球上最干旱的地方，每十年降雨量以毫米计算。对于人类或机器人来说，这是一个严酷的地方，是一个在高地和片岩山麓之间不断被阳光和巨大的钴蓝色天空笼罩的黄褐色迷宫。正因如此，卡内基-梅隆大学的一群工程师来到这里测试他们的杰作——一台长六英尺半、重 440 磅的机器人，旨在探测看似无生命环境中的生命。这台机器人配备了先进的有机分子识别系统，但它看起来并不高科技，更像是一个用废弃自行车零件组装的机器人庭院桌子。尽管它布满疙瘩的轮子可以以人类的步行速度快速地在平坦的地形上行驶，但此时它遇到了麻烦。
“啊，这就是爬坡角度限制，”卡内基-梅隆大学的机器人学家 David Wettergreen 说。这台名为 Zo（希腊语意为“生命”）的机器人一直在爬升一个陡峭的山脊，但突然它的导航软件要求完全停止。Zo 被困在一个无法逾越的岩石和沙土斜坡上。在 100 码外，两名年轻的工程师坐在他们的四驱车驾驶室里，在戴尔笔记本电脑上敲打着键盘，通过共享无线网络访问 Zo 的传感软件。在他们的屏幕上，他们看到的世界就像机器人一样，是一个黑白灰的色调区域；地形越白，坡度越陡，就越需要避开。有很多白色。
Wettergreen 将一根电缆插入机器人，以暂时切换到手动控制。在他那头，有一个类似操纵杆的杠杆，他用它来操纵机器人绕过最陡峭的部分——看起来就像一个人在遛他的超大型狗。Chris Williams 是卡内基-梅隆大学的一名机械工程师，他和 Wettergreen 一起在 Zo 旁边艰难跋涉，他分担着机器人-
纠缠的职责。“如果她摔下去，我将失去几个小时的工作，”他说。
难怪 Wettergreen 的团队会害怕损坏他们花费了 18 个月生命组装起来的机器。但 Zo 自主导航的能力只是这次任务的一半。NASA，该项目的资助者，希望看到 Zo 能为一群远程管理它的地质学家和生物学家执行科学任务，他们远在 4900 英里外的匹兹堡。一项寻找生命的火星任务计划在 2016 年左右进行。如果这次测试顺利，Zo 的技术后代将登上火星。
然而，在这个十月的下午，在这片与火星极为相似的地形上，程序员们面露绝望。今早，当他们输入 Zo 的日常任务计划时，他们就已经心存疑虑。现在，他们近距离观察了它本应驾驶穿过的山丘和排水沟，他们确信：匹兹堡那些指示 Zo 行驶方向的科学家们，简直是疯了。
从“小绿人”到“小绿虫”
20 世纪 70 年代和 80 年代初是外星生命的全盛时期——想想著名天文学家卡尔·萨根的书籍和《今夜秀》节目上的露面，斯皮尔伯格的电影《第三类接触》和《E.T.》中涌动着渴望与……某个遥远的存在建立联系的青春期情愫。但尽管无线电天文学家们花费了无数时间试图截获来自某个超智能星际文明的电磁信号，迄今为止的收获却为零。流行文化已经转向了其他痴迷。
但 NASA 及其独立承包商 SETI（搜寻地外文明计划）研究所并未放弃搜寻；他们只是重新聚焦了目标。新的口号是“天体生物学”：在其他行星上寻找微生物。寻找小绿人的时代已经让位于寻找小绿虫的时代。
如果细菌缺乏 E.T. 的魅力，至少还有可能在火星上找到它们。火星是我们第二近的行星邻居，在许多方面，它是最像地球的。“如果生命真的在我们的太阳系中独立发生了两次，”NASA 高级研究科学家 Chris McKay 说，“那将告诉我们，生命在宇宙中很容易产生。如果是这样，为什么它不应该在其他地方发展出智能呢？”发现小绿虫可以被视为哥白尼革命的生物学等价物，当时人类意识到宇宙并不围绕着他们旋转。如果我们并不孤单呢？
最有希望回答这个问题的设备就是看起来很古怪的 Zo。因为在火星上寻找生命就像大海捞针，我们需要一个能将“大海”缩小到可控范围的探测系统。Zo 是正在开发中的一项领先技术，它结合了一个灵活的机器人平台和一个探测微生物的科学仪器。无需采集和耗时分析土壤样本；只需指向、射击，然后继续前进，速度比目前在火星上漫游的 Spirit 和 Opportunity 号探测器快约 20 倍。Zo 以狗的方式标记其搜索区域，在地面喷洒特殊染料以使有机分子发出荧光，然后尝试用相机捕捉它们。
在真实的火星任务中，科学家们不会有工程师在现场进行“查看”，因此智利现场团队和匹兹堡科学团队之间的沟通被降至最低。尽管如此，他们必须紧密合作。由于地理距离的放大，工程师和生命科学家之间天然的隔阂得到了充分的扩大。
匹兹堡的科学家们口中充斥着“神秘”和“极乐”之类的词语；他们倾向于关注任务的深远意义。42 岁的法国出生的 SETI 行星地质学家 Nathalie Cabrol 领导着科学团队，她梦想有一天能住在火星空间站，在那里进行多年的行星科学研究——尽管最早的人类火星任务日期预计也要到 2025 年。
相比之下，现场的工程师们则非常务实。对他们来说，智利沙漠是一个不同寻常且非常酷的工作场所，仅此而已。“对科学家来说，沙漠是一个极其原始的火星模拟地，土壤中含有人类着迷的微小细菌，”Williams 沉思道。“对他们来说，漫游者只是一个工具。对我们来说，这是我们日以继夜、每周工作 50 小时所付出的努力。” Zo 必须穿越这种智力鸿沟的中间地带。
极端微生物学
卡内基-梅隆大学匹兹堡校区办公楼四楼的远程任务控制室里，杂乱的教室椅子和笔记本电脑堆放着，看起来毫不起眼，而这正是其意义所在。尽可能地，这里工作的约 20 名生物学家、地质学家和仪器专家，应该像是生活在 Zo 的大脑里。他们通常下午 1 点上班，回顾前一天晚上的数据并处理一些零碎事务。然后，当晚饭时间左右新的日终数据流到达时（匹兹堡和阿塔卡马在同一时区），他们就会进入高度紧张状态。
每天工作结束时，Zo 会拍摄照片，这些照片随后会被缝合在一起形成全景图像。匹兹堡的科学家们像对待神圣符文一样仔细研究这张图像。根据照片中可见的地标，他们必须确定机器人的精确位置。这个地点将成为第二天行程的起点，匹兹堡的科学家们将在此规划行程，然后上传到服务器。他们的计划描述了 Zo 第二天应该走的路线，以便到达生物学上最有希望的地点（在好日子里，机器人可以行进七英里）。Zo 会找到自己的路，或者试图找到自己的路而崩溃，它可以选择自己的路线。工程师们只会在紧急情况下介入。
为了制定每天的行程，匹兹堡团队仔细研究了 Zo 的荧光相机提供的仪器数据和照片。到凌晨 1 点，有时是 2 点，他们才结束工作。大多数科学家是从其他机构借调来的，例如加州的 NASA 艾姆斯研究中心，所以他们一起步行五个街区到假日酒店，在那里他们会在各自的电视屏幕前放松，并希望这次他们的生物钟能让他们睡个好觉。“这是感官剥夺，”NASA 和加州大学伯克利分校的生物学家 Kim Warren-Rhodes 愉快地说。
这个例程听起来可能很枯燥，但匹兹堡的科学家们认为自己卷入了一场伟大的侦探故事，一场其运作模式可以概括为“追踪水源”的生命搜寻。
我们所知的生命的构成公式是：碳+水+能源。科学家们认为，38 亿年前的火星可能同时拥有这三者。它拥有（并且仍然拥有）大量的二氧化碳，几乎可以肯定有水（著名的火星峡谷和水道被认为是由流动的��水形成的），并且有证据但尚未证实，极地冰盖可能蕴藏着地热，这些地热会首先搅动生命的锅。“关键是，火星是一个地质活跃的行星，富含水分……你明白我的意思吗？”科学团队身材魁梧、精力充沛的地质学家 James Dohm 说。“它非常诱人，以至于人们难以入睡。”
大约 35 亿年前，火星变得不那么适宜居住，但天体生物学家推测，原始生命可能已经适应了不断恶化的条件，躲藏在地表下方的孢子形态中，或者在地下水洞中涌动，这些水洞的存在尚被怀疑但尚未证实。
近期在地球上最不可能的地方——海底、富含溶解铁而呈橙色的河流中——发现细菌，为“如果生命能在那里生存，它就能在任何地方生存”的论点提供了支持。这些几乎是顽固坚韧的细菌的技术术语是“极端微生物”。
匹兹堡团队领导 Nathalie Cabrol，散发着探险登山者的坚韧气质，似乎是她们人类的对应物。当 Zo 项目在 10 月中旬结束时，她将告别假日酒店，并再次在 NASA 的赞助下，第四次攀登位于阿塔卡马东侧的 19,731 英尺高的 Lincancabur 火山。“我不是亡命之徒，”她用带口音的英语告诉我，“但我会在 20,000 英尺的高处潜入湖泊，所以你知道我的意思。”在一个大多数人站立都很困难的高度，她打算潜入火山口湖，用各种仪器测量生命为了生存而不择手段的程度。“我经历过很多次，非常极端的经历，但我还没有发现一个地方找不到生命，”她说。“无论你遇到障碍，你都会找到生命绕过它的方法。”
Zo 和男孩们
风力持续 25 英里/小时，气温温和，尽管阳光灼热，穿透我们愚蠢的宽边帽。今天阿塔卡马的天气对人来说相当不错——但对机器人来说不是。“我认为计划是穿过这些山丘的间隙，”Wettergreen 告诉一位新来的同事，“但科学团队的方向有点偏。他们提到了平坦的地形，但这里没有，所以当机器人遇到它无法处理的东西时，我们就收工。”
Zo 的桅杆约有三分之二高处装有两个立体摄像机，具有 60 度视场。像人眼一样，它们提供深度感知。由于桅杆与前轴作为一个整体转动，无论 Zo 朝哪个方向行驶，它都能“看到”前方七米，大约每秒拍摄五张地形照片。它的三个车载计算机之一会评估这七米的区域，并相应地调整方向和速度，然后在一秒钟的五分之一后，面对接下来的七米——以及一套全新的决策。
阿塔卡马的地貌经过了数千年的风和水的雕刻。今天 Zo 正在光荣地沿着排水沟的边缘行驶。但遵循匹兹堡科学家们无情的指令，现在它被要求爬上沟渠的堤岸，大约 10 英尺高。它的轮子陷入土壤，它像山羊一样向上移动了几英尺，然后失去抓地力并滑落下来。机器人以略微不同的攻击角度再次尝试，一次又一次。这就像看着一个糟糕但坚定的司机试图平行停车。正如 Wettergreen 所说，“Zo 基于其有限的知识，非常执着。”
在四驱车里的 20 多岁的程序员 Trey Smith 和 Dominic Jonak，正在考虑调整 Zo 的导航算法，使其能更好地处理意外地形。或者他们可以在笔记本电脑上重写匹兹堡科学家计划的这部分，并将其下载到 Zo。但根据游戏规则，除非绝对必要，否则他们不得越过科学团队。如果一切都失败了，还有操纵杆。“好吧，我们什么也学不到更多了，”Wettergreen 喊道。“让这东西掉头吧。”
好的一面是，机器人没有对自己造成任何损害，没有翻滚或撞上中间的大岩石。“以前这是你要花费大量时间解决的问题，”Wettergreen 说，“让机器人不撞到东西。”
尽管如此，正如这次事件所表明的，Zo 的自主导航远非万无一失。问题在于远程视觉：它没有任何。全景摄像机单元与导航系统的集成仍然在待办事项列表中。因此，大局观的决策——爬哪个斜坡，如何最好地穿越排水区——超出了机器人的能力。
“我们正在将这台机器人的一切系统都推向极限，故障是不可避免的，”Wettergreen 告诉我。“我希望 80% 的东西都能正常工作。如果超过这个比例，我们就没有尽力。”
聚光灯下的生命
Zo 自主驾驶的能力是多年机器人自主研究的成果。相比之下，它的生命探测系统，即从底部通过垂直导轨下降以捕获荧光图像的相机，是最近由卡内基-梅隆大学的成像大师 Alan Waggoner 开发的。
在适当的条件下，有机分子会以特定方式发荧光，可以通过摄影捕捉。在过去的二十年里，荧光显微镜技术帮助解读了人类基因组，并为我们提供了快速可靠的艾滋病病毒检测。但这类技术是在黑暗的实验室条件下进行的，而 Zo 是太阳能供电的，不喜欢夜间工作。Waggoner 的解决方案：他为 Zo 配备了一个高功率闪光灯，以 1/50,000 秒的曝光时间向地面照射光线，并与相机同步。在那一刻，闪光灯提供的能量足以激发有机分子——例如叶绿素——使其发荧光，同时压倒环境阳光可能对图像产生的任何干扰作用。
下一个问题：沙漠生物在一天中最热的时候（也是 Zo 最活跃的时候）会停止能量生产。Waggoner 的解决方案：在拍摄完初始图像集后，Zo 会降低一套塑料喷嘴，喷出水，鼓励任何微生物苏醒并在下一组图像中绽放。
如果 Zo 探测到叶绿素（在阿塔卡马，可能是地衣），它就会执行 Cabrol 自豪地称之为“即兴科学”。机器人“决定”该区域值得投入更多时间，并进入密集成像模式，以寻找更难检测的细菌。它通过喷洒诊断染料来准备地面，每种染料都与生命中的四种基本大分子——蛋白质、脂质、碳水化合物或 DNA——之一结合。一旦附着在染料上，这些有机分子在闪光照射下就会发荧光，并在发送到匹兹堡的黑白图像中显示为明亮的斑块。
“它亮得像圣诞树一样，”NASA 和加州大学伯克利分校的生物学家 Warren-Rhodes 在看到一幅来自 Zo 密集喷洒、染色、过滤和拍摄过程的充满活力的图像时惊叹道。当结果可能包含细菌（与地衣不同，细菌肉眼不可见）时，房间里的兴奋情绪是显而易见的。这些时刻，科学家们可以通过 Zo 远程了解阿塔卡马，比他们亲自拿着岩锤和水桶去那里了解得更多。
一个晚上在匹兹堡，Warren-Rhodes 像一个担心有问题的核磁共振成像的放射科医生一样，在笔记本电脑屏幕上研究一系列荧光图像：那是脂质还是仅仅是背景荧光？Cabrol 说不准——她的专业是行星地质学，不是陆地生物学——但她提醒 Warren-Rhodes 注意整体模式。“这里有什么可预测性吗？”Cabrol 问道。“我们如何将其转化为 Zo 可以学习的自主过程？”我问 Warren-Rhodes，她或者 Zo 谁是更好的阿塔卡马生物学家。“我，”她毫不犹豫地说。“我花了太多时间在极端沙漠里。”几年后呢？“哦，那就像卡斯帕罗夫对阵 IBM 的深蓝。到了第六局，我就出局了！”
平行宇宙
当 Zo 的太阳能电池板吸收了最后一缕暮光时，工程师们便撤回了营地——那是一排排简陋的木棚，是智利一家金矿公司留下的。（晚上房间很冷，厕所一个接一个地坏了，但对于 Wettergreen 来说，40 岁的他，一个非常适应野外生活的人来说，这比住在帐篷或露天睡觉要舒服得多了。）
10 月 7 日星期五，当团队在公共通信棚里将数据上传到匹兹堡时，年轻的卡内基-梅隆大学工程师 Dominic Jonak 从他的电子邮件中难以置信地抬起头：“他们问我们从哪个山谷来的。就像问我们这几天去了哪里。建造了 Zo 大部分组件的机械工程师 Williams 哈哈大笑：“我们在这张地图的这边还是那边？‘我们的科学团队迷路了！’”
过去几天的所有失误现在都说得通了。匹兹堡的科学家们并没有因为他们变得
马虎或鲁莽而将 Zo 送入恶劣地形。他们本来打算让机器人沿着最容易通过的路线行驶——只是他们生活在平行宇宙中。他们以为 Zo 在一个通往西边畅通无阻的山谷里，但实际上它在九英里外的另一个山谷里。当匹兹堡团队让它向西行驶时，它却一头撞上了两个山谷之间的山麓。
年轻的技术人员往往不会特别原谅别人的故障。但随着理解的深入，他们也开始理解科学团队的困境。“当我们身处一堆圆润的山丘中时，”Smith 说，“一个山峰看起来就像另一个。”
当当晚匹兹堡团队的“秤”脱落时，风险更高了，那种随意的更衣室氛围也明显消失了。
远在匹兹堡的大脑，荒漠中的身体
一直以来，匹兹堡团队都明白，他们就像一个被装在罐子里的“大脑”，向一个只能推断其位置的实体发送指令。Zo 的野外季节由三个从不同“着陆点”开始的迷你任务组成。就像 NASA 科学家们只有大概知道他们的航天器将在火星上降落在哪里一样，当 Zo 被转移到阿塔卡马的新地点时，匹兹堡团队并不知道它的确切位置。他们只知道机器人就在地图上一个红圈的某个地方。
由于火星缺乏 GPS 所需的卫星，匹兹堡团队必须用老方法定位 Zo，通过可识别的地标进行三角测量。为此，团队不断比较房间前面屏幕上显示的两个图像：Zo 最新的日终全景照片，以及包含当前“着陆”点的阿塔卡马卫星图像。他们识别出全景图像上的三个突出点，然后在轨道地图上找到相同的点。当他们在轨道地图上选择的 Zo 的位置与三个选定的地图点的几何关系与 Zo 与三个全景照片点的几何关系相同时，机器人就被找到了，或者，如果他们不小心，就会在现实世界中迷失。
James Dohm 是团队的首席三角测量员。在野外作业期间，他白天黑夜都趴在笔记本电脑前，将地质“单元”映射到阿塔卡马的卫星图像上——这是他过去无数小时绘制火星地图的重现。他说：“我经历了很多个不眠之夜。”
在过去三周里，Dohm 的准确性一直很好到优秀，但自从 10 月初 Zo 到达最后一个地点以来，他一直感到不如往常自信。10 月 7 日，就在 Jonak 和他在阿塔卡马的同事们意识到两支团队不同步的同时，一位在匹兹堡办公室的爱荷华大学观察员发现了惊人的九英里差异。很快，电子邮件在匹兹堡和沙漠之间来回穿梭。当工程师们在他们寒冷的通信棚里窃笑时，Wettergreen 和 Cabrol 达成了共识：在过去的四天里，他们一直生活在不同的现实中。Cabrol 没有从椅子上站起来。“你们在错误的山谷里，”她平静地告诉她的团队，引起了惊呼和紧张的笑声，然后是一阵集体如释重负的放松。“就像身处另一个世界，如此相似，如此合理，以至于你无法摆脱，”Warren-Rhodes 后来说道。“但你的脑子里总有一个挥之不去的声音：‘有些事情不对劲。’”
事后，爱荷华大学的观察员 Geb Thomas 指出，着陆点所在的圆圈靠近地图边缘，而匹兹堡的科学家们从未请求过相邻的地图。“他们试图用眼前的拼图碎片来解决问题，没有人想到去货架上取另一块拼图。”
概念验证
这是 NASA 为 Zo 项目提供的为期三年、耗资 400 万美元的拨款的最后一年。如果 NASA 对结果满意，Wettergreen 和 Cabrol 希望该机构能对新的拨款提案给予积极考虑，以进行进一步的开发和测试。他们可能会在 2007 年回到沙漠。
至于 Zo 在智利沙漠里迷失奔跑的日子，这是一个有用的教训，但不是一个重大担忧：在真实的火星任务中，NASA 专家将拥有额外的工具来追踪机器人，包括更先进的无线电数据和下降图像。
然而，仍有许多技术问题有待解决。Zo 尚未成熟的生命探测技术并不能捕捉到所有生命迹象。此外，这个在阿塔卡马表现出色的洒水系统在火星上将毫无用处，因为火星的大气压极低，水只以冰或蒸汽的形式存在。目前的 Zo 会把它的喷嘴冻掉。
Cabrol 毫不动摇。“我认为我们正在一一敲开门，”她说。“这更像是一个概念验证。”Zo 已经取得了长足的进步。去年，相机盒子简陋得多，以至于每次机器人停下来进行荧光成像时，64 岁的 Waggoner 都必须跪下来，用普通的园林喷壶喷洒水和染料（当时只有两种）。
我与 Zo 共度的最后一天是 10 月 9 日，当时机器人正带着团队的三辆四驱车前往工作，这时我们遇到了一辆运载矿区安保人员的卡车。矿区安保人员非但没有被这支机器人队伍吓到，反而将 Zo 视为当地的名人。“这对人类来说是一件大事，能在智利测试机器人，”司机用西班牙语说道。“我现在要拍照，等这机器人去火星时，我可以给朋友们看。”智利人离开后，Chris Williams 摇了摇头。
“我说了好多次了。这台机器人不会去火星，”他说。“但技术可能会。”这就是机器人原型车的命运，也是工程师“眼见为实”务实主义的基调。然而，在匹兹堡，Nathalie Cabrol 则以更宏大的视角看待 Zo 的初步努力：“数千代人一直在思考其他地方的生命。他们是否因为没有得到回应而感到失望？答案是，他们一直在问这个问题。不同的是，我们这一代可能拥有寻找它的技术能力。”
Joseph Hooper，《PopSci》特约编辑，经常撰写关于机器人学的文章。
