在國際空間站（ISS）的復(fù)雜環(huán)境中，一款體型小巧如烤面包機(jī)的機(jī)器人剛剛完成了一項(xiàng)具有里程碑意義的實(shí)驗(yàn)。斯坦福大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)借助立方體形狀的自由飛行機(jī)器人“Astrobee”，成功驗(yàn)證了一套基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng)，為未來太空任務(wù)的自動(dòng)化執(zhí)行提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

國際空間站內(nèi)部布滿了實(shí)驗(yàn)設(shè)備、線纜和儲(chǔ)物架，通道狹窄且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃能力提出了嚴(yán)苛挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)地面機(jī)器人的路徑規(guī)劃算法難以直接應(yīng)用，原因在于星載計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源有限，且太空環(huán)境的不確定性遠(yuǎn)高于地面場(chǎng)景。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人索姆麗塔·班納吉指出：“我們需要在保證安全性的前提下，讓機(jī)器人在資源受限的條件下快速做出決策?！?/p>

為解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一套結(jié)合序列凸規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的混合系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先通過優(yōu)化算法生成安全路徑，再利用預(yù)先訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供“熱啟動(dòng)”初始值。這種設(shè)計(jì)既保留了嚴(yán)格的安全約束，又顯著提升了計(jì)算效率。班納吉比喻道：“就像規(guī)劃跨城路線時(shí)，系統(tǒng)會(huì)先參考人們常用的路徑，再在此基礎(chǔ)上優(yōu)化調(diào)整。”

在正式部署前，該系統(tǒng)已在NASA艾姆斯研究中心的微重力模擬平臺(tái)上完成地面測(cè)試。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，宇航員僅需完成初始設(shè)置，后續(xù)操作完全由地面團(tuán)隊(duì)通過約翰遜航天中心的遠(yuǎn)程指令控制。測(cè)試覆蓋了18條飛行軌跡，每條軌跡分別采用傳統(tǒng)“冷啟動(dòng)”和AI“熱啟動(dòng)”方式執(zhí)行。結(jié)果顯示，在狹窄空間穿行和復(fù)雜旋轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)等高難度場(chǎng)景中，新系統(tǒng)的規(guī)劃速度提升了50%至60%。

這項(xiàng)成果已獲得NASA技術(shù)就緒等級(jí)5級(jí)認(rèn)證，意味著其已在真實(shí)太空環(huán)境中得到驗(yàn)證。研究團(tuán)隊(duì)透露，下一步計(jì)劃引入更先進(jìn)的人工智能架構(gòu)，類似當(dāng)前大語言模型和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的核心設(shè)計(jì)，以增強(qiáng)機(jī)器人在深空環(huán)境中的自主決策能力。馬爾科·帕沃內(nèi)教授強(qiáng)調(diào)：“隨著任務(wù)范圍擴(kuò)展至月球甚至火星，機(jī)器人必須具備獨(dú)立應(yīng)對(duì)未知環(huán)境的能力?！?/p>

目前，該技術(shù)已引起航天領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。專家認(rèn)為，此類自主導(dǎo)航系統(tǒng)的成熟將大幅降低太空任務(wù)對(duì)地面遙操作的依賴，尤其在通信延遲顯著的深空探測(cè)中，機(jī)器人的獨(dú)立決策能力將成為任務(wù)成功的關(guān)鍵。斯坦福團(tuán)隊(duì)的研究為未來構(gòu)建全自動(dòng)太空任務(wù)體系奠定了重要基礎(chǔ)。