“咔嚓”，拍照合影，打卡留念。2024年6月3日，由航天科技集團(tuán)五院抓總研制的嫦娥六號(hào)攜帶的“移動(dòng)相機(jī)”，自主移動(dòng)并成功拍攝、回傳著陸器和上升器合影。近日，央視聚焦五院研制的這臺(tái)“移動(dòng)相機(jī)”——月面自主智能微小機(jī)器人，講述這位“小小攝影師”背后的故事。
月背的專業(yè)“攝影師” 月面自主智能微小機(jī)器人體形小，總重量不到5公斤，是世界上第一臺(tái)登上月球的自主智能機(jī)器人。五院研制人員邢琰介紹說：“小機(jī)器人雖然非常小，但是功能很齊全。它具有全套自主的月面分離、移動(dòng)、在月面成像等功能。它到達(dá)月面后能夠自主從著陸器上分離下來，移動(dòng)到一個(gè)相對(duì)適合成像的位置，并且能智能取景，為嫦娥六號(hào)任務(wù)留下一些珍貴的記憶?！?br/> 這位“攝影師”的最大特點(diǎn)就在于自主智能，具備了類似思考和判斷的能力，簡單來說，就是讓它更像一個(gè)人?！拔覀冇萌斯ぶ悄艿募夹g(shù)來增強(qiáng)它的自主能力，目前我們用的還是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)人經(jīng)驗(yàn)的能力。它可以實(shí)現(xiàn)很多用傳統(tǒng)方法沒有辦法實(shí)現(xiàn)的事，比如說調(diào)整拍照角度。這次也驗(yàn)證了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能技術(shù)在月球表面的環(huán)境下、在有限的計(jì)算資源約束下的可行性?！毙乡M(jìn)一步解釋說。 月面自主智能微小機(jī)器人的主要任務(wù)就是在月球背面拍攝一張嫦娥六號(hào)著陸器和上升器的合影。想要成為一名合格的“攝影師”可不容易，要對(duì)構(gòu)圖、光照和拍攝角度有一定的研究。五院研制人員黃煌說：“更多關(guān)注的還是主體的位置以及光照角度，可能在某一些角度下反光過于強(qiáng)烈了，不是我們理想的情況。” 據(jù)黃煌介紹，以往在月球的拍照任務(wù)都需要測(cè)算出拍攝物與拍攝設(shè)備之間的相對(duì)距離、方位和最佳拍照時(shí)間。但這次采用的是自主智能的拍照方式，如何拍得好看，全靠機(jī)器人自己來判斷。 “智能算法就是模擬人對(duì)一個(gè)物體進(jìn)行拍照，不需要做精確的計(jì)算，而是根據(jù)我拍照拍到的照片好與不好，自主進(jìn)行判斷，自主做一些決策調(diào)整，最終達(dá)到最好的效果。”黃煌說。 自主智能和現(xiàn)在火爆的AI技術(shù)類似，都需要通過大量學(xué)習(xí)來積累經(jīng)驗(yàn)。但月背拍照與地面拍照不同，最大的問題就是光源單一，都是來自太陽的平行光，背景又是完全黑的星空，讓機(jī)器人學(xué)習(xí)地球的攝影作品是不行的。為此，科研人員買了各種各樣的燈，來讓機(jī)器人學(xué)習(xí)這種特殊的光照條件。 黃煌回憶說：“我印象很深刻，當(dāng)時(shí)為了去解決這些難題，去網(wǎng)上買了釣魚燈、露營燈、舞臺(tái)燈等各種各樣的燈，盡可能讓機(jī)器人見多識(shí)廣。我們構(gòu)造采集了這些物理樣本，做了一些環(huán)境的特征建模，在這樣一個(gè)環(huán)境中，我們讓小車去學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)了拍照的智能決策?！?/p> 正是做足了準(zhǔn)備，才讓自主智能機(jī)器人到達(dá)月背后，能夠快速自主調(diào)整距離和角度，在很短時(shí)間內(nèi)就圓滿完成了任務(wù)，拍下了這張嫦娥六號(hào)月背工作的經(jīng)典照。 月球背面與月球正面相比，有著截然不同的地貌特征。正面的月球表面呈現(xiàn)出廣闊的平原和巨大的撞擊坑，而背面的月面則表現(xiàn)出更多山脈、深谷和火山口等特征，地勢(shì)更加復(fù)雜。在五院的實(shí)驗(yàn)室里，科研人員模擬了無數(shù)次特殊地形上進(jìn)行小機(jī)器人的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。 “小車的實(shí)驗(yàn)基本上沒有一次就成功的。為了能達(dá)到去月背的要求，團(tuán)隊(duì)要反復(fù)調(diào)整小車的結(jié)構(gòu)和技術(shù)細(xì)節(jié)。反復(fù)的實(shí)驗(yàn)失敗，也讓團(tuán)隊(duì)一度對(duì)設(shè)計(jì)理念產(chǎn)生了懷疑?！毙乡f。 問題如果大大小小都列下來，可能百項(xiàng)都不止，軟件的、硬件的非常多。這個(gè)過程當(dāng)中，團(tuán)隊(duì)也有很失落的時(shí)候，有想放棄的念頭。盡管如此，但他們依然覺得，讓自主智能技術(shù)能在月球上應(yīng)用這個(gè)事值得做，再多的困難也應(yīng)該做成。 “再難、再累、再緊張，還是得靜下心來先把問題解決了。發(fā)現(xiàn)一些問題是好事，抓緊去定位問題，然后找解決措施，最后再進(jìn)行設(shè)計(jì)完善，才有最后的表現(xiàn)。”邢琰說。 為了讓這位月球“攝影師”“體能”達(dá)標(biāo)，研制人員開展了上百次的各類地面試驗(yàn)。正是他們背后的不懈努力，讓這位“攝影師”有了更強(qiáng)的“體魄”，在月背成功完成任務(wù)，開創(chuàng)了自主智能技術(shù)在深空探測(cè)的第一次應(yīng)用。 月面自主智能微小機(jī)器人雖然技術(shù)難度高，但制造成本卻比較親民。隨著技術(shù)應(yīng)用的成熟，未來的應(yīng)用領(lǐng)域非常豐富。 五院研制人員邢琰表示：“我們?yōu)榱溯p巧設(shè)計(jì)，采用了一些商用的器件，所以說應(yīng)用在民用上非常有條件。而且它的應(yīng)用場(chǎng)景也比較多，比如說把它拓展成掃地機(jī)器人、家務(wù)機(jī)器人、陪伴機(jī)器人、教育機(jī)器人。窄小的洞穴，或者是管道的巡檢都可以?！?/p> 除了應(yīng)用在和我們生活息息相關(guān)的領(lǐng)域，隨著深空探測(cè)的目的地越來越遠(yuǎn)，自主智能技術(shù)也將成為我國深空探測(cè)的一大關(guān)鍵技術(shù)。 “未來我們走得越遠(yuǎn)，測(cè)控的限制就越大。對(duì)于很多深空探測(cè)任務(wù)來說，目前的測(cè)控技術(shù)覆蓋不了，有些探測(cè)區(qū)域的地形地貌不確定性也很大，所以很多動(dòng)作、很多活動(dòng)需要它自主完成。未來智能控制技術(shù)，應(yīng)該是深空探測(cè)領(lǐng)域里面的關(guān)鍵的支撐技術(shù)?！蔽逶貉兄迫藛T李永說。
