飛向太空：人類首位「宇航員交互式移動伙伴」誕生

「地球上有 77 億人，但只有 6 個(gè)人在外太空生活、工作（注：國際空間站最多可承載 6 個(gè)人生活和開展科研工作），現(xiàn)在，還有一個(gè)機(jī)器人，它不僅能夠輔助宇航員進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，以及設(shè)備維護(hù)方面的工作，同時(shí)在心理上來說，也是宇航員的一個(gè)伴侶，在客觀決策方面給宇航員提供幫助?！?/p>

在 2019 世界人工智能大會上，筆者見到了來自德國的 IBM 人工智能顧問 Sophie Richter-Mendau，她這樣講述了為什么 IBM 和空中客車公司（AirBus）會在德國航空太空中心（DLR）授予下共同研發(fā)了宇航員交互式移動伙伴 Project CIMON（全稱為 Crew Interactive Mobile Companion）。

這是人類歷史上，第一位兼具了情商與智商的「友好型」宇航員交互式移動伙伴。

IBM 人工智能顧問 Sophie Richter-Mendau

飛向太空：人類首位「宇航員交互式移動伙伴」誕生

在距離地球 400 公里，且零重力的國際空間站中，有 6 位宇航員非常專注地進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)，工作安排得很緊湊，實(shí)驗(yàn)也非常復(fù)雜，有些要經(jīng)過上百個(gè)步驟。

同時(shí)，對于遨游于浩瀚宇宙的宇航員們來說，始終需要面對的，還有孤獨(dú)、緊張、焦慮、無聊、抑郁等各種悲觀的情緒，當(dāng)宇航員精神崩潰時(shí)，這會帶來巨大的傷害及損失。俄羅斯著名科學(xué)家奧列格·賈岑科曾在上世紀(jì)說過一句非常知名的話：「限制人類探索太空的不是醫(yī)學(xué)，而是心理學(xué)。」

由此，在 2016 年，德國航空太空中心聯(lián)合 IBM、空中客車等共同組成了 50 余名專家團(tuán)隊(duì)，開始了一個(gè)既能幫助宇航員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)又能隨時(shí)給宇航員帶來溫暖溝通和陪伴的智能機(jī)器人的研究探索。

Project CIMON 應(yīng)運(yùn)而生。

作為首個(gè)在失重環(huán)境下運(yùn)行的 AI 機(jī)器人，Project CIMON 的主體硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)由空客研發(fā)，采用 3D打印技術(shù)，由塑料盒金屬制成，擁有一張能說會笑的「液晶」臉，搭載了超聲波傳感器，可以自主地在零重力環(huán)境下自由飛行。當(dāng)宇航員向它發(fā)起語音指令時(shí)，CIMON 內(nèi)置的風(fēng)扇會旋轉(zhuǎn)起來，推動它平緩地滑翔至宇航員面前。

而 IBM 則為其注入了人工智能技術(shù)，讓 CIMON 不僅能自主飛行，還可以在宇航員面前及時(shí)停下進(jìn)行對話交互，這其中集成了大量的 IBM Watson 服務(wù)，譬如，想要聽取宇航員的話，用到了 Watson Speech to Text，判斷用戶意圖并給出相應(yīng)回答則用到了 Watson Assistant，它構(gòu)成了 CIMON 的大腦，而將回答傳達(dá)出來則運(yùn)用了 Watson Text to Speech。同時(shí)，為了讓 Project CIMON 更能表達(dá)出一些情緒化的內(nèi)容，采用了 Watson Tone Analyzer。

Sophie Richter-Mendau表示，與 Siri、Cortana、Alexa 等語音助手最大的不同在于，Project CIMON 可以說是航空領(lǐng)域的專家，「我們需要對 CIMON進(jìn)行特別訓(xùn)練，以便它能夠在這種特定環(huán)境下展開工作。譬如，空間站的環(huán)境會比較嘈雜，同時(shí)我們需要訓(xùn)練 CIMON 識別宇航員的詞匯，當(dāng)宇航員們說出他們已經(jīng)習(xí)以為常的專業(yè)或縮寫詞匯時(shí)，CIMON 要能夠正確地理解他們的意思?！?/p>

對此，基于「理解-推理-學(xué)習(xí)」的 AI 開發(fā)模式，IBM Watson 為 Project CIMON 提供了文字、語音和圖像處理能力，以及檢索特定信息和特定發(fā)現(xiàn)的能力，通過 IBM Watson 語音和視覺識別技術(shù)，CIMON 能夠幫助宇航員嚴(yán)謹(jǐn)?shù)赝瓿筛鞣N復(fù)雜的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，并將結(jié)果及時(shí)傳回地面。

同時(shí)，作為友好型機(jī)器人，當(dāng)宇航員思念地球上的家人時(shí)，CIMON 能夠通過攝像頭識別人類宇航員的面部表情和聲音，通過麥克風(fēng)傾聽、理解內(nèi)容，并采用更富有同情心的語調(diào)給宇航員溫暖的回應(yīng)和關(guān)心。作為 CIMON 的個(gè)性設(shè)計(jì)師，Sophie 與團(tuán)隊(duì)為 CIMON 挑選設(shè)計(jì)了 ISTJ 類型的性格，即內(nèi)向（Introvert）、感知（Sensing）、思維（Thinking）和判斷（Judging）。Sophie表示「CIMON 不僅是陪伴、娛樂，還有一個(gè)非常重要的身份就是作為一個(gè)技術(shù)專家，它應(yīng)該是一個(gè)非?？煽康幕锇?，幫助宇航員尋找細(xì)節(jié)信息、貫穿流程，不能遺漏信息，在需要做決策時(shí)，它需要是一個(gè)邏輯清楚的推理者，而不是聽從直覺?！?/p>

從開發(fā)到成功發(fā)射，僅用兩年時(shí)間

2018 年 6 月，CIMON 搭乘 Space X 獵鷹 9 號火箭發(fā)射升空，并在 11 月進(jìn)行了第一次太空互動，CIMON 正在變得越來越聰明。IBM 和空客通過兩個(gè)維度來對此進(jìn)行考量：

Project CIMON 能否協(xié)助宇航員來完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，即將已啟動、已完成或已關(guān)閉的任務(wù)數(shù)量作為硬指標(biāo)；

基于關(guān)注用戶/宇航員對機(jī)器人的接受度、滿意度。

現(xiàn)在，CIMON 不僅能夠深諳空間站里的技術(shù)細(xì)節(jié)，精通太空各種專業(yè)術(shù)語，和宇航員們自然交流、互動，已然成為宇航員的「得力助手」。并且，通過真實(shí)的交互式對話，在提高空間站工作效率的同時(shí)，也極大地降低了宇航員的遠(yuǎn)離地球身處太空中的生活與工作壓力。

在 50 年前人類首次登月時(shí)，4000 名 IBM 工程師、科學(xué)家、研究員一起寫下了五百萬行代碼，彼時(shí)可以說得上是困難重重，曾負(fù)責(zé)管理阿波羅制導(dǎo)程序開發(fā)的大部分事務(wù)、已經(jīng) 85 歲的 Fred Martin 就表示：「軟件拯救了（阿波羅）任務(wù)」。

而 CIMON 從立項(xiàng)到升空僅用了兩年的時(shí)間，不可謂不高效，在其研發(fā)過程中也面臨著非常多的挑戰(zhàn)。

Sophie 這樣說道：「在航空領(lǐng)域，造這樣一個(gè)機(jī)器人并成功發(fā)射到太空，兩年的時(shí)間周期是非常短的。一方面，我們需要在地球上模擬太空環(huán)境進(jìn)行測試，另一方面，我們還面臨著一個(gè)非常大的難題，就是用戶群體非常小，沒有那么多的宇航員可以讓你去做用戶接受度方面的測試。但這種測驗(yàn)是至關(guān)重要的，因?yàn)?AI 需要很多的數(shù)據(jù)訓(xùn)練才能夠不斷迭代變得越來越好。如果沒有宇航員來幫助測試，很難讓這個(gè)系統(tǒng)變得完美?！?/p>

如何在數(shù)據(jù)量極其匱乏的情況下訓(xùn)練出聰明且溫暖的太空 AI？

作為專用 AI，CIMON 可以用來訓(xùn)練的數(shù)據(jù)量非常匱乏，而深度學(xué)習(xí)本身就非常依賴數(shù)據(jù)，那么，在宇航員本身數(shù)據(jù)量這么有限的情況下，如何獲取到更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)？對于這個(gè)問題，Sophie 向 CSDN（ID：CSDNnews）表示：「我們從真實(shí)實(shí)驗(yàn)中獲取的數(shù)據(jù)是最有裨益的，同時(shí)，我們也在通過地面實(shí)驗(yàn)室采集模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這是一個(gè)可行的方向?！?/p>

同時(shí)，Sophie 還談到了一個(gè)至關(guān)重要的問題，那便是時(shí)延。Project CIMON 所實(shí)現(xiàn)的各種 AI 功能是基于 IBM Cloud 通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行實(shí)時(shí)連接的，這意味著每一次給 CIMON 發(fā)出指令時(shí)，指令需要經(jīng)過「衛(wèi)星-地面衛(wèi)星接收站-IBM 云數(shù)據(jù)中心-傳回太空」的步驟，再加上在地球上的指令處理時(shí)間，導(dǎo)致在太空中與 CIMON 對話時(shí)，有會 2 秒的時(shí)延。

對此，Sophie 談到了正在嘗試的解決方案：「在本地（指太空）運(yùn)行的部分越多，速度就越快，時(shí)延也就會越短，但問題在于，就邊緣計(jì)算而言，我們能夠在空間站實(shí)現(xiàn)多少算力還待探究。目前，我們正在嘗試通過 Watson Anywhere 和 Cloud Pak for Data 的融合來進(jìn)一步壓縮所需的算力?！?/p>

也許有一天，AI 也能登陸火星探測了

據(jù) Engadget 報(bào)道，已經(jīng)離開地球在太空中飛行 400 多天的 CIMON已于今年 8 月正式回到地球，新一代 CIMON 預(yù)計(jì) 12 月將到國際空間站服役，在過去的400 多天里，CIMON 和宇航員一起完成了許多項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)。

Sophie 在現(xiàn)場與我們分享道：「當(dāng)宇航員第一次見到 CIMON 時(shí)，還是有一點(diǎn)存疑的。但是在空間站里越來越多的交互后，我們的宇航員對這項(xiàng)技術(shù)感到非常地興奮且幸福。CIMON 這個(gè)項(xiàng)目標(biāo)志著 AI向深邃的太空發(fā)展的第一步，人類一直充滿好奇心，我們希望能夠更善用像 AI 這樣的技術(shù)，用好 AI 助手。」

未來，IBM 與空客還在對 Project CIMON 進(jìn)行持續(xù)的開發(fā)，以便用于新的應(yīng)用場景，比如目標(biāo)檢測，讓 CIMON 參與探月、火星探測等外太空探索任務(wù)等。