谷歌实验性智能手机成为太空机器人的大脑

机器人擅长那些单调乏味、重复性强的任务，而这些任务会让人类感到无趣，效率低下。因此，NASA 对一款名为“Project Tango”的实验性 Google 智能手机进行了改进，每秒可进行 250,000 次测量，从而创建环境的 3D 地图。Project Tango 的破解版本将为之前自主运动能力有限的多功能机器人 SPHERES 提供导航信息。这款机器人/手机混合体将于 6 月 10 日随 Antares 火箭上的 Orbital Sciences Cygnus 太空船发射。如果测试成功，该机器人将特别适合需要全天候执行的任务，例如跟踪国际空间站 (ISS) 上的 20,000 个物体、监测辐射水平或检测舱内危险的二氧化碳浓度。

“宇航员通常使用手持式仪器执行这些任务。而且这些任务必须一直执行，”NASA 智能机器人小组主任 Terry Fong 说道。“如果机器人一直在做某件事，它就不会抱怨。”

SPHERES 的设计灵感来自《星球大战》中的训练机器人，于 2003 年首次部署，目前只能在一个 2x2x2 米的立方体内移动。为了确定其位置，SPHERES 会发出红外脉冲，从而触发立方体内 5 个信标发出超声波“啁啾”。通过测量每个啁啾声到达 SPHERES 所需的时间，机器人可以确定其位置。但这意味着 SPHERES 无法在其超声波盒外移动。

美国宇航局的科学家希望扩大机器人的移动范围，使其能够在整个国际空间站内移动。美国宇航局不想在整个空间站安装超声波信标，因为这会带来巨大的建设和维护麻烦，而是想教会机器人获取周围环境的视觉知识并据此导航。

编写程序让计算机绘制非结构化环境的图像并理解其中的物体是一项特别困难的计算机科学问题。这就是为什么 NASA 决定将计算机视觉问题外包给 Google 及其智能手机，然后对其进行一些修改，使该设备适合太空使用。尽管 Google 对 Project Tango 的内部工作原理守口如瓶，但 NASA 研究工程师 Zachary Moratto 可以透露，手机会发出红外线，然后解读第二个摄像头拍摄的视频，以创建附近环境的实时地图，并根据深度对物体进行颜色编码。通过使用红外生成的 3D 地图中的深度传感器读数以及对机器人自身推进器点火的了解，SPHERES 将能够在整个国际空间站内缓慢漂浮。

为了追踪库存，机器人可以使用 RFID 传感器来追踪空间站上大约 20,000 个不同的物体。

“国际空间站大约相当于一栋 6 居室的房子，”Fong 说道。“而且这是一栋 6 居室的房子，你可以在天花板上放置东西。”（宇航员 Sunita Williams 在此处带您参观国际空间站上的生活区）。

由于宇航员在执行任务期间面临着完成大量任务的压力，而且通常每 6 个月就要轮换一次国际空间站，因此追踪工具、食物和其他物品可能会让人非常头疼。莫拉托举了一个例子，几年前，一个完整的工具箱在国际空间站上丢失了，需要从地球一路寄来替换。

Spheres/Tango 设备还可以监测空气质量。由于太空中重力不足，呼出的二氧化碳对机组人员来说是一种危险。国际空间站上的风扇将新鲜氧气吹入生活区，但无色无味的二氧化碳可能会聚集在空间站的角落里。SPHERES/Tango 可以像机器人版的“煤矿中的金丝雀”一样工作，四处漂浮寻找危险的二氧化碳浓度或其他问题，例如不安全的辐射水平。维护一个机器人比维护几十个传感器要容易得多。

宇航员不能把任何智能手机带上太空，而 Project Tango 团队正在借鉴 2011 年 SPHERES 上搭载的简单得多的 Nexus S 的经验。如果触摸屏在零重力环境下破碎，数十个小碎片将漂浮在机舱周围。因此，最终的 SPHERES/Tango 设备将用聚四氟乙烯胶带覆盖，就像 Nexus S 在早期任务中所做的那样。由于手机通话可能会干扰国际空间站上的设备，NASA 拆除了连接手机和地球上手机信号塔的基带收发器。NASA 对可以带入太空的电池也非常谨慎，因为如果设备过热或耗电量过大，可能会发生灾难性故障。Fong 的机器人团队从 Project Tango 手机中取出了原装电池，而将使用经过太空认证的定制锂离子电池。在下面的视频中，莫拉托和其他团队成员在“呕吐彗星”中测试了该项目，这是一架由 NASA 承包的飞机，它故意以抛物线飞行来模拟太空失重状态。