在庫布里克的經典科幻影片《2001 太空漫游》中，除了開頭的「骨頭變飛船」和「黑石」是經典中的經典，飛船上的人工智能助手哈爾（HAL 9000），也給人們留下了深刻印象。

在 50 多年后的現(xiàn)在，導演當年的超前設想，例如平板電腦，都已經成為現(xiàn)實。而人工智能助手，也早已「入住」到全球數(shù)十億臺手機和電腦之中。不過，太空艙中的「HAL」，似乎還未成為現(xiàn)實。

【資料圖】

直到現(xiàn)在。

當?shù)貢r間 2022 年 11 月 16 日，NASA 發(fā)射「阿耳忒彌斯 1 號」（Artemis I）登月火箭。作為載人月球項目的第一階段成果，Artemis I 搭載的獵戶座飛船（Orion）將在此次飛往月球的過程中，檢測各項系統(tǒng)，為此后的 Artemis II 載人項目做好準備。

此次發(fā)射的獵戶座飛船，其中央控制器搭載了屬于自己的「HAL」——人工智能助手 Alexa，亞馬遜團隊經過 4 年多的研發(fā)，終于實現(xiàn)了將人工智能助手送上太空的夢想。

獵戶座飛船中的 Alexa 能做什么？它能替宇航員開關燈，或者播放喜歡的音樂嗎？

01 太空版本的 Alexa

在地球上，Alexa 具有語音交互、播放音樂、控制智能設備、提供實時信息等功能。在太空飛船上，它又能做些什么呢？

令人驚喜的是，太空上的 Alexa 與你家里的 Alexa，沒什么不同。

在「Artemis I」上，Alexa 仍然可以處理請求，控制航天器上的連接設備、播放一些音樂、設置定時器和鬧鐘，還能時不時地講個冷笑話「宇航員踩到口香糖時發(fā)生了什么？他被卡在了軌道上」。

Alexa 處理請求的界面｜圖片來源：亞馬遜

但這些功能要比地球上的 Alexa 有更多限制，因為每一個命令和響應都必須預先編程。比如，船員最喜歡的曲子可以全部預裝在太空 Alexa 上。

值得一提的是，Alexa 還可以滿足艙內照明等連接設備的請求。盡管研發(fā)團隊只為這次特定的任務實現(xiàn)了這種燈光開關功能，但 Alexa 未來也可以幫助宇航員進行其他動作。

Alexa 也可以在宇航員多項任務纏身時，提供幫助，指引宇航員進行下一步，特別是當他們在任務期間被扣在椅子上，戴著手套或以其他方式從事某種任務的時候。

此外，太空 Alexa 還可以從獵戶座飛船的軟件中，提取和訪問實時遙測數(shù)據(jù)，轉發(fā)獵戶座上超過 10 萬個不同的數(shù)據(jù)點，并對獵戶座上數(shù)以千計的特定任務問題作出回應，像是「Alexa，獵戶座的行駛速度是多少？」、「Alexa，艙內的溫度是多少？」

對于太空 Alexa 無法解決的問題，系統(tǒng)將接入「深空網(wǎng)絡」，也就是 NASA 用來與最遠的航天器通信，并將信號發(fā)送到地球上云端的天線系統(tǒng)。

深空網(wǎng)絡｜圖片來源：NASA

這可以讓 Alexa 支持更廣泛的請求，包括從地球檢索信息，從新聞簡報到體育比分；幫助宇航員在執(zhí)行長期任務時與家人保持聯(lián)系，從點外賣到送禮物，滿足各種「接地氣」的需求。

還值得一提的是，結合多項技術與航天器上的本地處理，宇航員可以繞過月地之間發(fā)送消息的延遲，做到幾乎同步訪問特定信息和功能。

除了回應請求，暖心的 Alexa 還會主動提醒宇航員——地球隨時準備迎接他們回家，來緩解宇航員在長達數(shù)周的太空任務中產生的孤獨感和焦慮感。

其實此前，Callisto 團隊還特意采訪了宇航員和 NASA 工程師，以了解他們的實際需求。

調查顯示，他們普遍都對語音控制感有興趣，他們愿意嘗試讓 Alexa 設置定時器和警報器；但也有很多人持懷疑態(tài)度，畢竟沒有人會愿意讓 Alexa 執(zhí)行關鍵任務的命令，比如打開吊艙的門。

簡而言之，太空 Alexa 幾乎可以提供它在地球上提供的一切服務，為機組人員帶來陪伴、支持和幫助，使航天器更容易管理，更像家。

02 獨特的「挑戰(zhàn)」

就像宇航員為太空旅行而艱苦訓練多年一樣，亞馬遜團隊在為 Alexa 準備 42 天的太空旅行而改造地球技術的過程中，也充滿了獨特的挑戰(zhàn)。

太空中薄弱的網(wǎng)絡、復雜的噪聲和強烈的輻射，就是該團隊必須解決的一系列問題。

首先，太空中幾乎沒有互聯(lián)網(wǎng)，這意味著 Alexa 在獵戶座飛船上無法訪問云數(shù)據(jù)。

而在地球上，Alexa 80% 的功能都依賴于云端服務器——喚醒 Alexa 的話，會激活她的聆聽功能，然后 Alexa 會向云端解碼語音并制定回應。但在太空，當獵戶座飛船在幾十萬英里之外時，到達云層的時間延遲，可以說是天文數(shù)字。

這意味著，亞馬遜團隊必須找到一種方法，將系統(tǒng)復雜的語音處理步驟轉移到設備本身，從而實時處理請求數(shù)據(jù)。

為了解決這個問題，該團隊采用了一種名為「本地語音控制」的方法。

利用這項技術，Alexa 將使用深空網(wǎng)絡連接到任務控制中心，使用「撥號連接的帶寬」在本地處理語音命令，不需要將信息發(fā)送到云端。

「本地語音控制」讓太空 Alexa 完全自給自足，不接入云的 Alexa 還可以減少一些關于隱私的擔憂。

Artemis I 此次搭載的 Orion 飛船 | 圖片來源：NASA

而且，地面上的用戶也可以從這項技術中受益——Alexa「本地語音控制」可以讓人們在互聯(lián)網(wǎng)連接有限或沒有互聯(lián)網(wǎng)連接的情況下，用 Alexa 做更多事情。

Alexa 語音服務的首席解決方案架構師 Philippe Lantin 也曾說，「想想看，當你在汽車里，通過一個隧道，只有一個微弱的信號或沒有蜂窩網(wǎng)絡連接時，你可以繼續(xù)使用語音命令做一些事情，如調整收音機，打開空調」。

此外，太空艙內的聲學條件極其復雜，飛行期間的噪音，特別是發(fā)動機和泵的噪音、艙內金屬表面相關的混響，帶來了另一組問題。

因為，混響可以發(fā)出錯誤的頻率，會干擾自動語音識別，使 Alexa 難以接收到喚醒詞的召喚。

為了確保 Alexa 能夠在這樣的環(huán)境中理解語音，亞馬遜部署了兩個麥克風，提供了聲學和音頻處理軟件，使語音命令以 8000 赫茲的頻率傳輸，以支持通過 Alexa 進行遠場語音交互；并調整處理算法，結合了來自麥克風的信號，以幫助 Alexa 理解從任務控制中心發(fā)出的命令。

在未來，宇航員還可能會帶著聲學毯子旅行以解決這個問題。

此外，亞馬遜團隊表示，從「Artemis I」這個項目中學到的東西，現(xiàn)在正應用于地球上其他具有挑戰(zhàn)性的聲音環(huán)境，比如在車窗搖下的行駛中的汽車中檢測語音等。

除了網(wǎng)絡和噪聲問題，太空輻射是另一個棘手的問題。

月球的輻射是地球輻射的 200 倍，因此，應用在 Artemis 任務的設備，必須能夠抵御極端的沖擊和振動，它還必須至少對太空中的輻射有最低限度的抵抗力，并利用高度具體和定制的組件，如電源和數(shù)據(jù)線。

因此，必須從頭打造 Alexa，鑒于標準的音箱 Echo 可能無法在發(fā)射中「存活」下來。

合作伙伴 Lockheed Martin 公司設計了內置 Alexa 的定制太空級硬件，確保設備能夠承受發(fā)射以及穿過范艾倫輻射帶產生的強烈沖擊。

Alexa 與與一臺運行 Webex 的 iPad 共享它的宇航服——Callisto。

Callisto 實際上是一個帶有 Alexa 揚聲器（右上角）和麥克風的大型的藍色面板，1.5 英尺乘以 1 英尺，深度約為 5 英寸；因此，太空中的 Alexa 可以聽到來自休斯頓的命令。

獵戶座 Orion 上的 Callisto 的樣子 | 圖片來源：亞馬遜

值得一提的是，亞馬遜、Lockheed Martin、 Cisco 完全承擔了將這一「科學怪人作品」送往月球的費用。

因為「Artemis I」是無人駕駛的，目前 Callisto 正坐在未來載人飛行任務中宇航員控制的地方，如果它有一天能和真正的乘員一起乘坐，它就不會坐在那里了，還將得到一個硬件的重新設計。

03 AI 進入太空

宇航員在太空上非常忙碌，常常需要同時處理多項任務，但他們在太空中的時間非常昂貴，一個宇航員在國際空間站一小時就要花費 13 萬美元。

作為信息檢索工具的智能語音助手 Alexa，或許是個解題思路。

Alexa 是「Artemis I」進行測試的許多新的創(chuàng)新技術之一，這個測試將為 Alexa 協(xié)助未來的載人飛行任務——月球、火星和其他地方奠定基礎。

Lockheed Martin 商業(yè)民用太空戰(zhàn)略總監(jiān) Rob Chambers 在接受采訪時也表示，「Callisto 為我們提供了一個測試平臺，我們希望證明，這種類型的技術可以幫助宇航員，通過一些獨特的人機交互技術，使他們的工作更簡單，更安全，更高效」。

未來，宇航員將從 Alexa 那里獲取信息和指引，從而更簡單、更高效地完成工作。

此外，Alexa 的「陪伴」可以一定程度上的緩解宇航員們在漫長的星際旅程中滋生的孤獨、緊張、焦慮、抑郁等消極情緒。正如俄羅斯著名科學家奧列格在上世紀所說「限制人類探索太空的不是科學，而是心理學」。

事實上，Alexa 并不孤獨。其他國家和組織也在研究可以在太空中使用的機器人。

CIMON 是一個漂浮的「球」｜網(wǎng)絡

空客、德國航空太空中心（DLR）、IBM 和慕尼黑大學（LMU）共同打造了一個太空陪伴 AI 機器人 CIMON。

CIMON 是個沒有四肢的飄浮機器人，外型接近球型，重量約為 5 公斤，由塑膠與金屬材質 3D 打印而成，因此綽號「飛行大腦」。

CIMON 內部搭載著 IBM 的人工智能系統(tǒng) Watson，不僅能協(xié)助宇航員們的日常工作，其豐富的交互功能還能夠減輕宇航員的壓力。它可以識別宇航員的聲音和面部，實現(xiàn)簡單的對話，同時還能通過攝像頭捕捉到對方的情緒變化，并利用這些信息與其更好地交互。

當人們?yōu)?OpenAI 推出的 ChatGPT 而興奮的時候，可能還沒有想到，已經在逐漸改變人們生活的人工智能，其實已經隨著人類探索的步伐，開始進入到太空之中。雖然目前這些人工智能助手還只是類似玩具的存在，但相信在不久的將來，「HAL」式的人工智能，很可能會成為人類漫游太空的重要工具。

關鍵詞： 人工智能 語音控制 語音命令