人工智慧正在幫助科學家識別”堅毅”號漫遊車所研究岩石中的礦物。美國國家航空暨太空總署（NASA）在火星上的”堅毅”號漫遊車採用了先進的人工智慧技術，例如利用PIXL 儀器進行自適應採樣，自主分析岩石成分，尋找古代微生物生命的潛在跡象。這標誌著我們向更聰明的太空任務邁出了重要一步，可以在沒有人類幹預的情況下做出即時決策。

左上方的白色儀器PIXL是美國太空總署”堅持”號漫遊車機械手臂末端的幾種科學工具之一。 2021年3月2日，火星車左側的導航攝影機拍攝了這張合成照片。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

一些科學家夢想著用”智慧”太空船探索行星，這些太空船能夠準確地知道要尋找什麼數據、在哪裡找到這些數據以及如何分析這些數據。儘管實現這一夢想需要時間，但美國太空總署的”堅毅”號火星探測器所取得的進展，為實現這一目標提供了希望。

近三年來，火星車任務一直在測試一種人工智慧，可以在紅色星球的岩石中尋找礦物質。這是首次在火星上使用人工智慧，根據對岩石成分的即時分析做出自主決策。

在這段2023年6月在JPL進行的測試的延時影片中，NASA”毅力”號火星車上的X射線岩石化學行星儀器（PIXL）的工程模型靠在一塊岩石上收集數據。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

該軟體支援PIXL（X 射線岩石化學行星儀器），它是美國太空總署位於南加州的噴射推進實驗室開發的光譜儀。透過繪製岩石表面礦物的化學成分圖，PIXL 使科學家能夠確定岩石形成的條件是否有利於火星古代的微生物生命。

該軟體被稱為”自適應採樣”，它能自主地將儀器放置在岩石目標附近，然後查看PIXL 對目標的掃描，找出值得更深入研究的礦物。這一切都是即時完成的，漫遊車無需與地球上的任務控制人員通話。

該儀器的首席研究員、JPL 的阿比蓋爾-阿爾伍德說：”我們利用PIXL 的人工智能鎖定關鍵科學。如果沒有人工智慧，你就會在數據中發現一些有趣的蛛絲馬跡，然後需要重新掃描岩石，對其進行更深入的研究。

包括PIXL 在內的”毅力號”儀器提供的數據有助於科學家確定何時鑽取岩心，並將其密封在鈦金屬管中，以便將其與其他高優先級樣本一起帶到地球進行進一步研究，這也是美國國家航空暨太空總署火星樣本送回活動的一部分。

這張綽號為”霹靂峰”的岩石目標影像是由美國國家航空暨太空總署的毅力號火星探測器使用PIXL 製作的。影像中的每個藍點都代表了一個被X 射線擊中的點。圖片來源：NASA/JPL-Caltech/DTU/QUT

自適應採樣並不是人工智慧在火星上的唯一應用。距離”毅力號”約2300英里（3700公里）的地方是美國宇航局的”好奇號”。 “好奇號”開創了一種人工智慧形式，使火星車能夠根據岩石的形狀和顏色，自主地用雷射照射岩石。透過研究每次雷射照射後燃燒掉的氣體，可以了解岩石的化學成分。 “毅力號”也具備相同的能力，它還擁有更先進的人工智慧，能夠在沒有地球特定方向指引的情況下進行導航。這兩台漫遊車仍然依靠數十名工程師和科學家來規劃每天的數百條指令，但這些數位智慧幫助這兩項任務在更短的時間內完成更多的工作。

“PIXL自適應採樣背後的理念是幫助科學家在數據中大海撈針，為他們騰出時間和精力專注於其他事情，”從JPL退休前領導實施自適應採樣的彼得-勞森（Peter Lawson）說。 “最終，它能幫助我們更快地收集到最好的科學數據。”

人工智慧透過兩種方式協助PIXL。首先，一旦儀器靠近岩石目標，它就會對儀器進行精確定位。光譜儀位於”毅力”號機械手臂的末端，由六條細小的機械腿（稱為六足）支撐。 PIXL 的攝影機會反覆檢查儀器與岩石目標之間的距離，以幫助定位。火星上的溫度波動很大，”毅力”號的機械手臂會有微小的膨脹或收縮，這可能會偏離PIXL 的目標。六腳架會自動調整儀器，使其非常接近而不會接觸到岩石。

「我們必須以微米為單位進行調整，才能達到所需的精度，」Allwood 說。 “它接近岩石的程度足以讓工程師脖子後面的汗毛豎起來”。

一旦PIXL 就位，另一個人工智慧系統就有機會大顯身手了。 PIXL 掃描一塊岩石上郵票大小的區域，發射數千次X 射線束，形成一個由微觀點組成的網格。每個小點都能揭示礦物的化學成分資訊。

礦物對於回答火星的關鍵問題至關重要。根據岩石的不同，科學家可能會尋找碳酸鹽，因為碳酸鹽隱藏著水如何形成岩石的線索，或者他們可能會尋找磷酸鹽，因為如果火星過去存在微生物的話，磷酸鹽可以為微生物提供養分。

科學家無法事先知道在數百次X 射線掃描中哪一次會發現某種特定的礦物，但是當儀器發現某些礦物時，它可以自動停下來收集更多的數據–這種操作被稱為”長時間停留”。隨著該系統透過機器學習不斷改進，PIXL 可以透過長時間停留聚焦的礦物清單也在不斷增加。

“PIXL有點像瑞士軍刀，它可以根據科學家在特定時間尋找的東西進行配置，”幫助開發該軟體的JPL的大衛-湯普森（David Thompson）說。 “火星是測試人工智慧的好地方，因為我們每天都有定期的通信，讓我們有機會在途中進行調整”。

當未來的飛行任務深入太陽系時，它們失去聯繫的時間將比目前在火星上的飛行任務更長。這就是為什麼人們對開發更多的飛行任務自主性有著濃厚的興趣，因為它們可以漫遊並為人類進行科學研究。

美國國家航空暨太空總署（NASA）的”毅力”號漫遊車是”火星2020″任務的一部分，也是派往紅色星球的最先進的機器人探測器之一。毅力號於2020 年7 月30 日發射，2021 年2 月18 日登陸火星，其主要任務是尋找遠古生命的跡象，收集和保存火星岩石和土壤樣本，研究火星的氣候和地質。

漫遊車配備了一整套科學儀器，包括相機、光譜儀、環境感測器和地面穿透雷達，以協助其執行任務。 PIXL（X射線岩石化學行星儀器）是它的傑出工具之一，它是一台X射線螢光光譜儀，可以在微觀尺度上對火星岩石進行詳細的化學分析。

“毅力號”也搭載了第一架在另一個星球上測試動力飛行的直升機，從而擴大了未來任務的能力。此外，這輛漫遊車也是未來人類火星任務的重要先驅，它測試了從火星大氣中提取氧氣的技術，並確定了將影響人類在火星生活的其他環境條件。

作為一個移動實驗室，”毅力號”不僅要尋找過去微生物生命的證據，還要為未來的探索鋪平道路，展示機器人技術、自主技術和行星科學的融合。

編譯自/ ScitechDaily