人工智能正在帮助科学家识别"坚毅"号漫游车所研究岩石中的矿物。美国国家航空航天局（NASA）在火星上的"坚毅"号漫游车采用了先进的人工智能技术，例如利用 PIXL 仪器进行自适应采样，自主分析岩石成分，寻找古代微生物生命的潜在迹象。这标志着我们向更智能的太空任务迈出了重要一步，可以在没有人类干预的情况下做出实时决策。
左上方的白色仪器PIXL是美国宇航局"坚持"号漫游车机械臂末端的几种科学工具之一。2021年3月2日，火星车左侧的导航摄像头拍摄了这张合成照片。图片来源：NASA/JPL-Caltech
一些科学家梦想着用"智能"航天器探索行星，这些航天器能够准确地知道要寻找什么数据、在哪里找到这些数据以及如何分析这些数据。尽管实现这一梦想需要时间，但美国宇航局的"坚毅"号火星探测器所取得的进展，为实现这一目标提供了希望。
近三年来，火星车任务一直在测试一种人工智能，这种人工智能可以在红色星球的岩石中寻找矿物质。这是首次在火星上使用人工智能，根据对岩石成分的实时分析做出自主决策。
在这段2023年6月在JPL进行的测试的延时视频中，NASA"毅力"号火星车上的X射线岩石化学行星仪器（PIXL）的工程模型靠在一块岩石上收集数据。图片来源：NASA/JPL-Caltech
该软件支持PIXL（X 射线岩石化学行星仪器），它是美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室开发的一种光谱仪。通过绘制岩石表面矿物的化学成分图，PIXL 使科学家能够确定岩石形成的条件是否有利于火星远古时期的微生物生命。
该软件被称为"自适应采样"，它能自主地将仪器放置在岩石目标附近，然后查看 PIXL 对目标的扫描，找出值得更深入研究的矿物。这一切都是实时完成的，漫游车无需与地球上的任务控制人员通话。
该仪器的首席研究员、JPL 的阿比盖尔-阿尔伍德说："我们利用 PIXL 的人工智能锁定关键科学。如果没有人工智能，你就会在数据中发现一些有趣的蛛丝马迹，然后需要重新扫描岩石，对其进行更深入的研究。这让 PIXL 无需人类检查数据就能得出结论。"
包括 PIXL 在内的"毅力号"仪器提供的数据有助于科学家确定何时钻取岩心，并将其密封在钛金属管中，以便将其与其他高优先级样本一起带到地球进行进一步研究，这也是美国国家航空航天局火星样本送回活动的一部分。
这张绰号为"霹雳峰"的岩石目标图像是由美国国家航空航天局的毅力号火星探测器使用 PIXL 制作的。图像中的每个蓝点都代表了一个被 X 射线击中的点。图片来源：NASA/JPL-Caltech/DTU/QUT
自适应采样并不是人工智能在火星上的唯一应用。距离"毅力号"约2300英里（3700公里）的地方是美国宇航局的"好奇号"。"好奇号"开创了一种人工智能形式，使火星车能够根据岩石的形状和颜色，自主地用激光照射岩石。通过研究每次激光照射后燃烧掉的气体，可以了解岩石的化学成分。"毅力号"也具备同样的能力，它还拥有更先进的人工智能，能够在没有地球特定方向指引的情况下进行导航。这两台漫游车仍然依靠数十名工程师和科学家来规划每天的数百条指令，但这些数字智能帮助这两项任务在更短的时间内完成更多的工作。
"PIXL自适应采样背后的理念是帮助科学家们在数据中大海捞针，为他们腾出时间和精力专注于其他事情，"从JPL退休前领导实施自适应采样的彼得-劳森（Peter Lawson）说。"最终，它能帮助我们更快地收集到最好的科学数据。"
人工智能通过两种方式协助 PIXL。首先，一旦仪器靠近岩石目标，它就会对仪器进行精确定位。光谱仪位于"毅力"号机械臂的末端，由六条细小的机械腿（称为六足）支撑。PIXL 的摄像头会反复检查仪器与岩石目标之间的距离，以帮助定位。火星上的温度波动很大，"毅力"号的机械臂会有微小的膨胀或收缩，这可能会偏离 PIXL 的目标。六脚架会自动调整仪器，使其非常接近而不会接触到岩石。
"我们必须以微米为单位进行调整，才能达到所需的精度，"Allwood 说。"它接近岩石的程度足以让工程师脖子后面的汗毛竖起来"。
一旦 PIXL 就位，另一个人工智能系统就有机会大显身手了。PIXL 扫描一块岩石上邮票大小的区域，发射数千次 X 射线束，形成一个由微观点组成的网格。每个小点都能揭示矿物的化学成分信息。
矿物对于回答有关火星的关键问题至关重要。根据岩石的不同，科学家们可能会寻找碳酸盐，因为碳酸盐隐藏着水如何形成岩石的线索，或者他们可能会寻找磷酸盐，因为如果火星过去存在微生物的话，磷酸盐可以为微生物提供养分。
科学家们无法提前知道在数百次 X 射线扫描中哪一次会发现某种特定的矿物，但是当仪器发现某些矿物时，它可以自动停下来收集更多的数据--这种操作被称为"长时间停留"。随着该系统通过机器学习不断改进，PIXL 可以通过长时间停留聚焦的矿物清单也在不断增加。
"PIXL有点像瑞士军刀，它可以根据科学家们在特定时间寻找的东西进行配置，"帮助开发该软件的JPL的大卫-汤普森（David Thompson）说。"火星是测试人工智能的好地方，因为我们每天都有定期的通信，让我们有机会在途中进行调整"。
当未来的飞行任务深入太阳系时，它们失去联系的时间将比目前在火星上的飞行任务更长。这就是为什么人们对开发更多的飞行任务自主性有着浓厚的兴趣，因为它们可以漫游并为人类进行科学研究。
美国国家航空航天局（NASA）的"毅力"号漫游车是"火星2020"任务的一部分，也是派往红色星球的最先进的机器人探测器之一。毅力号于 2020 年 7 月 30 日发射，2021 年 2 月 18 日登陆火星，其主要任务是寻找远古生命的迹象，收集和保存火星岩石和土壤样本，研究火星的气候和地质。
漫游车配备了一整套科学仪器，包括照相机、光谱仪、环境传感器和地面穿透雷达，以协助其执行任务。PIXL（X射线岩石化学行星仪器）是它的杰出工具之一，它是一台X射线荧光光谱仪，可以在微观尺度上对火星岩石进行详细的化学分析。
"毅力号"还搭载了第一架在另一个星球上测试动力飞行的直升机，从而扩大了未来任务的能力。此外，这辆漫游车还是未来人类火星任务的重要先驱，它测试了从火星大气中提取氧气的技术，并确定了将影响人类在火星生活的其他环境条件。
作为一个移动实验室，"毅力号"不仅要寻找过去微生物生命的证据，还要为未来的探索铺平道路，展示机器人技术、自主技术和行星科学的融合。
编译自/ScitechDaily