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從火星探測看智慧型機器人

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