南加大信息科学研究所肩负使命实现太空人工智能

宇航员Danny Olivas加入了南加大信息科学研究所（USC’s Information Sciences Institute，ISI）的视觉智能与多媒体分析实验室（Visual Intelligence and Multimedia Analytics Laboratory，VIMAL），以寻找在太空中运用人工智能（AI）的途径。

美国宇航局（NASA）前宇航员、NASA咨询委员会现任成员John Daniel “Danny” Olivas加入了南加大信息科学研究所（ISI）的视觉智能与多媒体分析实验室（VIMAL），担任太空AI行动的联合主任。

Olivas为VIMAL、ISI和南加大的研究工作提供了宝贵的经验。他在2007年和2009年先后执行了航天飞机任务，经验丰富，曾荣获两枚NASA太空飞行奖章和NASA卓越服务与卓越成就奖章。Olivas在国际空间站之外完成了5次太空行走，总时长超过34小时。他在太空领域的专业知识和经验以及他对太空事业的满腔热爱，都被他带到了新角色中。

Olivas表示：“我很荣幸能有机会帮助研究人员和学生们拓展南加大在太空的足迹。”

携手合作的起点

VIMAL由ISI的研究主任、电气和计算机工程系研究副教授Wael AbdAlmageed带领，其使命直接而崇高：“赋能学生，一步一个脚印，利用人工智能让世界更美好。”得益于Olivas的加入，现在 VIMAL跨出了地球步入了太空。

Olivas和AbdAlmageed在2022年7月结识，当时他们都受邀参与Renaissance Weekend，今年是在加拿大班夫举办的，此活动享有盛誉，是个无党派、纯邀请制的静修活动，活动面向各个学科的创新型思想家。二人在活动上很快意识到彼此有很多共同点。AbdAlmageed表示：“Danny [Olivas]和我有着非常相似的心态和学术背景。一直以来，我们都秉持努力钻研解决难题的信念，不轻言放弃。我们都相信这必然会带来成功。”

两人对彼此的专业领域很感兴趣，一起探讨了如何共同努力、彼此合作的机会。一个月后，Olivas拜访了ISI，并在当天深入了解了VIMAL和ISI，并就AI在太空的应用机会谈了自己的想法。

太空中的气候数据

Olivas的宇航员背景和太空经历为数据分析的新领域提供了十分宝贵的新视角。他指出：“自[NASA]计划启动以来，NASA带回了海量的数据，但这些数据并未得到充分的分析。”他还补充说道，这些数据完全可以通过人工智能和机器学习进行分析。

气候是其中的一种应用场景，AbdAlmageed称之为“VIMAL的成长领域”。

Olivas表示：“NASA拥有可以获得诸如上层大气中的水汽之类的气象数据的先进仪器。这些数据不仅能在其各自的监测领域中单独分析，现在我们也可以开始整合不同仪器中的数据，从而更加全面深入地了解气候变化对特定地区的影响。”

据Olivas称，NASA拥有许多领域的非常有用的历史数据，包括大气中的臭氧和二氧化碳、全球的温度趋势、干旱预测、海平面检测、森林砍伐、全球人口变化等等。

他补充道：“许多年来NASA一直存有这些数据，这让我们有机会可以将其中的部分信息碎片进行整合。从过去需要人工整理操作、而现在使用计算技术就可以在分析处理的信息中提炼出有意义的部分。”

机器人技术与探测器

NASA正在为人类登陆火星的未来做准备，这必将伴随着激动人心的全新AI应用场景。Olivas表示：“在NASA太空计划中，存在着一些与之紧密相关的独特机器人应用场景。”例如，可以根据宇航员的面部表情或语音语调判断其情绪的机器人——伴随着火星探索任务历时的拉长，对宇航员的心理健康的关注也会变得日益重要，因此这项应用会受到更多重视。

Olivas认为对探测器的探索是开发更多AI应用的另一个领域，同样以火星探索为例，他表示：“从地球发送指令到火星需要20分钟左右。等我们收到探测器正在悬崖边行进的照片再发送停止前进的指令就太晚了。因此我们需要在平台中构建更多智能技术，让探测器能够自行决策。”

太空垃圾的处理是首要目标

气候数据、机器人和探测器，这些会是Olivas未来可能会在VIMAL中考虑的领域。不过，Olivas和AbdAlmageed计划处理的第一个问题是垃圾，尤其是轨道碎片。

NASA将轨道碎片定义为绕地轨道中的任何非功能性的人造物体，比如：航天器、卫星、火箭或它们发生碰撞或爆炸之后的残留物。碎片大小可以从亚微米一直到数米，也就是小到油漆碎屑，大到一辆校车。而据估计，绕地球公转的碎片数量达数十万个。

问题就在于这些碎片以轨道速度行进，这给NASA的垃圾处理任务造成了危险。想象一下，以16,000英里/小时速度飞奔的油漆碎屑或校车会是什么样！Olivas表示：“这种超高速度的撞击会造成各种各样的问题，不仅危害到空间站或载人航天器，还包括卫星技术。”这对宇航员、航天器和整个太空探索事业都是严重的威胁。

VIMAL团队将探寻机会使用其感测、计算机视觉和AI专业技术来识别碎片，并在它们绕地球公转时进行长时间的跟踪。

南加大的太空创新传统

Olivas延续了南加大在太空探索领域的优良创新传统。他与NASA前宇航员Paul Ronney和Garrett Reisman合作，这二位也在南加大Viterbi工程学院任教，而Viterbi工程学院是为数不多的设有特殊宇航学课程的核心顶尖学院之一。这不是Olivas和Reisman的首次合作，他们曾是NASA宇航学课程的同学。

迄今为止，学院研究人员在航天器推进、太空科学、太空环境、太空通信、卫星和材料领域产出了若干创新成果。宇航员Neil Armstrong是南加大Viterbi工程学院的校友，而且学院还在ISI有专属的太空工程研究中心。

南加大Viterbi工程学院与多家太空研究机构以及众多校友保持着密切联系，这些机构和校友在设计和建造火箭和太空发射器、通信和直播卫星、导航系统、载人航天飞行器和行星探测器等领域持续开拓创新。

秉持合作使命

Olivas表示：“归根结底，太空进展是人类合作的成果。”他指出，宇航员的一部分工作就是彼此照顾。VIMAL在这方面所做的努力似乎给他留下了深刻的印象。

他还说：“我非常欣赏VIMAL的一点就是合作的包容性，这真的非常鼓舞人心。”

AbdAlmageed的精心引导造就了VIMAL优良的合作环境。他说道：“我们拥有非常优秀的实验室文化，让每个人都有主人翁意识和合作精神，这让我感到很骄傲。如果没有VIMAL全体人员日复一日的辛勤工作和重要贡献，我肯定做不成像聘请Danny [Olivas]这样的事情。这是我们团队共同努力的成果。我也十分感激ISI执行主任Craig Knoblock博士为我们目标远大的行动和追求提供的大力支持。”

显然Olivas对加入VIMAL团队满怀热情，这位宇航员最后说道：“我很期待与VIMAL一起分享和学习，一起探寻可能出现的机会。”

编辑：Julia Cohen

头图：DANNY OLIVAS