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從火星探測看智慧型機器人

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張慰慈｜國家實驗研究院高速網路與計算中心計算技術整合組

歷經八個月的漫長航程，美國國家航空暨太空總署（NASA）的火星探測車「好奇號」（Curiosity）在台灣時間2012年八月六日下午一點卅二分安全登錄火星近赤道的蓋爾撞擊坑，成為舉世矚目的焦點。「好奇號」的研發經費高達25億美元，像這樣一個全球最先進的火星探測車，正是智慧型機器人科技的最佳展現。

首先在機動性方面，「好奇號」以鈦製的長腳連結六個鋁輪，並配備17具攝影機供導航和感測分析之用。身處5,500萬公里外的火星，地球上的工程師所能做的僅僅是透過低解析度的攝影畫面、用有限的手動遙控功能來調整「好奇號」的運動，但這遠遠不足以應付在火星上的任務，「好奇號」能偵測自身的狀態和環境的變化，同時還要操控長腳和輪組，像是有智慧的生物般迴避障礙物和坑洞，防止自己傾覆或墜落懸崖；它甚至能以其中五個輪子固定自己，用剩下的最後一個輪子來刨開火星表土進行探測工作。這都歸功於智慧型機器人常用的並行計算(concurrent computing)技術：一種同步處理複雜的資訊的程式設計法，能同時蒐集和處理來自不同硬體的訊號（例如攝影機或感測器），根據種類和內容來即時規劃出最佳的反應行為。

更讓我們驚奇的是：如此「聰明」的「好奇號」並沒有什麽了不起的電腦設備，它僅僅使用防輻射的主機板和兩顆RAD750 CPU—這是1977年IBM PowerPC 750 CPU的改良型，外加256 KB的唯讀記憶體、256 MB的動態隨機存取記憶體和2 GB的快閃記憶體，效能絕比不上你我家中的電腦。之所以用這麼低階的計算硬體應該是基於節省能源的考量，但也可以想見在有限的硬體資源下設計「好奇號」的軟體系統是有多麼精簡和有效率。此外在通訊方面，「好奇號」採用Ｘ波段（Ｘ band）微波系統和地球溝通，頻寬約7～8 GHz，原理就像是手電筒的聚光燈，能夠將大量的資料傳送至遠方而損耗極微，加上它所需的發射功率低，也是基於節能考量下的最佳選擇。最後是能源供給的設計：在整合上述的動力、計算和通訊系統後，「好奇者」選用同位素電池供能，經由「鈽」放射衰變將熱能轉換成電能的原理，可供維持「好奇號」14年之久的運作。

從「好奇號」身上我們可以看到當代智慧型機器人的設計理念：質輕、節能、但保有效率和人工智慧，相信這也能啟發我們在不同領域設計與應用資通產品的許多想法。

參考文獻

Jet Propulsion Laboratory (JPL) at National Aeronautics and Space Administration (NASA), http://mars.jpl.nasa.gov/msl/
Wikipedia: Mars Science Laboratory, http://en.wikipedia.org/wiki/Mars_Science_Laboratory

資料來源

轉載自「國研院高速網路與計算中心80期電子報」

導航(10) 好奇號(6) 人工(7)

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