（原標(biāo)題：太空無人機(jī)首次實(shí)現(xiàn)單眼測(cè)距，歐洲航天局五年 AI 計(jì)劃收官）
無論是《太陽的后裔》里槍法扎實(shí)的宋仲基，還是《W兩個(gè)世界》里的射擊冠軍李鐘碩，妹子們一定都對(duì)那些一發(fā)子彈一個(gè)準(zhǔn)的歐巴愛得不要不要的。他們?cè)谏鋼舻倪^程中，都是先閉上一只眼睛，然后用單眼瞄準(zhǔn)目標(biāo)，全神貫注的樣子簡(jiǎn)直帥炸天。
盡管人們一直都在努力用單眼判斷距離的遠(yuǎn)近，但是我們還是不太清楚，我們究竟是如何獲得這樣的能力的。同樣的，我們也不清楚機(jī)器人的學(xué)習(xí)方式是否與我們一樣。為了搞清楚這一點(diǎn)，日前，歐洲航天局（ESA）高級(jí)概念小組（ACT）、MIT以及代爾夫特理工大學(xué)的Micro Air Vehicles Lab 進(jìn)行了合作，在國際空間站進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，一架小型無人機(jī)成功自學(xué)了單眼測(cè)距的能力。這項(xiàng)研究成果由科學(xué)家們?cè)诘?7屆國際宇航大會(huì)（IAC）上進(jìn)行了展示。
這篇發(fā)表在IAC的論文題目叫作“Self-supervised learning as an enabling technology for future space exploration robots: ISS experiments”。文中描述了在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，那架小型無人機(jī)是如何通過它的兩只“眼睛”（其實(shí)就是兩臺(tái)立體視覺攝像機(jī)），記錄它周圍的立體視覺信息，并借助這些信息，在國際空間站內(nèi)實(shí)現(xiàn)自我導(dǎo)航的。如果它要判斷自己與墻壁或是障礙物之間的距離的話，立體視覺攝像機(jī)就會(huì)關(guān)閉。如此一來，它就可以用一只“眼睛”（一臺(tái)攝像機(jī)）開啟自主的探索行動(dòng)了。
要知道，當(dāng)我們閉上一只眼睛時(shí)，還是可以分辨出某個(gè)特定的物體離我們是近還是遠(yuǎn)，但是這對(duì)機(jī)器人來說是非常難實(shí)現(xiàn)的。“根據(jù)數(shù)學(xué)原理，只要機(jī)器人之前沒有做過類似的判斷，它們就不可能從單張圖片判斷出物體之間的距離。”代爾夫特理工大學(xué)的Guido de Croon和負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的主要研究員表示。
“但是對(duì)人類而言，一旦我們識(shí)別出了遠(yuǎn)處的物體是一輛車的話，我們就知道它大致的外表特征了。這么一來，我們就可以通過這些特征信息來判斷，這輛車到底離我們有多遠(yuǎn)。這個(gè)原理被我們運(yùn)用在了無人機(jī)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。”只有在沒有特定方向的零重力環(huán)境下，我們才能幫助無人機(jī)克服這個(gè)難題。
在這項(xiàng)在軌實(shí)驗(yàn)中，研究人員研發(fā)的自我監(jiān)督學(xué)習(xí)算法曾在代爾夫特理工大學(xué) CyberZoo的四軸無人機(jī)身上進(jìn)行了完整的測(cè)試，實(shí)用價(jià)值和穩(wěn)定性均得到證實(shí)。
“當(dāng)我們第一次看到，在太空中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的無人機(jī)利用了高端的AI技術(shù)時(shí)，激動(dòng)之情溢于言表。”來自歐洲航天局高級(jí)概念小組Dario Izzo 說道。
“在歐洲航天局，尤其是在高級(jí)概念小組，我們已經(jīng)為這個(gè)目標(biāo)奮斗了五年。在太空環(huán)境下，機(jī)器學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)自主性的一個(gè)重要方法：失敗的學(xué)習(xí)結(jié)果將決定整個(gè)任務(wù)的成敗。我們的辦法基于自我監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，不但可靠性極高，還可以幫助無人機(jī)獲得自主性。要知道，類似的學(xué)習(xí)算法已經(jīng)成功運(yùn)用在了關(guān)乎老司機(jī)生命安全的自動(dòng)行駛車輛上。”也就是說，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是他們研發(fā)高級(jí)AI五年大計(jì)的最后一步，簡(jiǎn)直喜大普奔。
實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用的小型無人機(jī)是國際空間站中同步位置保持參與和重新定位實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（SPHERES）無人機(jī)之一。SPHERES具備全方位旋轉(zhuǎn)功能，12個(gè)二氧化碳推進(jìn)器具備操控力和推進(jìn)力，另外，它們還可以讓衛(wèi)星在國際空間站的零重力環(huán)境中具備強(qiáng)大的精準(zhǔn)度。MIT Space Systems Laboratory，NASA, DARPA和Aurora Flight Sciences一起研發(fā)并運(yùn)行了SPHERES系統(tǒng)，如此一來，安全靠譜并且可回收的零重力平臺(tái)才得以測(cè)試衛(wèi)星的感應(yīng)、控制以及自主性技術(shù)。這些技術(shù)的發(fā)明讓全新的衛(wèi)星系統(tǒng)的誕生成為可能。
這項(xiàng)無人機(jī)實(shí)驗(yàn)是Kevin van Hecke碩士論文研究的內(nèi)容。他也曾經(jīng)在MIT Space Systems Lab 中，將無人機(jī)學(xué)習(xí)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為SPHERES亟需的軟件設(shè)備。Hecke激動(dòng)地表示：
“我的初衷是獻(xiàn)身航天科學(xué)事業(yè)，但沒想到的是，我貢獻(xiàn)給太空學(xué)習(xí)機(jī)器人的一切竟然超越了我最初的夢(mèng)想！”
實(shí)際上，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)對(duì)未來的研發(fā)工作而言意義非凡。歐洲航天局高級(jí)概念小組的總管Leopold Summerer評(píng)論道：
“這是我們向真正的太空自主系統(tǒng)邁出的第一步，它對(duì)深度太空探索、復(fù)雜運(yùn)作、降低造價(jià)、提供性能以及探索全新的機(jī)會(huì)都有巨大的意義。”
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