人工智能在太空探索和人居工程中的演變

UW Alumni Designs Lab for Space Research

人工智能（AI）誕生于 20 世紀(jì) 50 年代，當(dāng)時(shí)研究人員發(fā)現(xiàn)機(jī)器可以執(zhí)行類似人類的任務(wù)，例如思考。后來(lái)，在 20 世紀(jì) 60 年代，美國(guó)國(guó)防部資助了人工智能，并建立了實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。研究人員發(fā)現(xiàn)人工智能在許多領(lǐng)域都有用武之地，例如太空探索和極端環(huán)境中的生存。

太空探索是對(duì)宇宙的研究，宇宙涵蓋了地球以外的整個(gè)宇宙空間。太空被歸類為極端環(huán)境，因?yàn)樗臈l件與地球不同。要在太空中生存，必須考慮許多因素，并采取預(yù)防措施?？茖W(xué)家和研究人員認(rèn)為，探索太空并了解一切事物的現(xiàn)狀有助于理解宇宙的運(yùn)作方式、為潛在的環(huán)境危機(jī)做好準(zhǔn)備以及培養(yǎng)適應(yīng)性生存技能。

一般來(lái)說(shuō)，探索太空是必要的，就像探索海洋、山脈、森林和沙漠一樣重要。它幫助我們了解周圍環(huán)境，找到更多資源來(lái)改善我們的日常生活。隨著世界的不斷發(fā)展，科學(xué)家和工程師操縱計(jì)算機(jī)，為我們謀福利，造福世界。

自 20 世紀(jì) 50 年代和 60 年代以來(lái)，許多偉大的思想家?guī)椭_(kāi)發(fā)了人工智能，它不僅可以幫助人類完成基本任務(wù)，還有助于分析問(wèn)題并提出解決方案和機(jī)會(huì)，造福下一代。

很久以前，人類曾獨(dú)自進(jìn)行太空研究任務(wù)。然而，在太空等極端環(huán)境下進(jìn)行探索任務(wù)時(shí)，人工智能成為了值得信賴的伙伴。人工智能超越了人類的能力，利用先進(jìn)的計(jì)算和算法、機(jī)器學(xué)習(xí)和機(jī)器人技術(shù)幫助人們更深入地探索宇宙。

人工智能以極快的速度和準(zhǔn)確性處理天文數(shù)據(jù)，超越了任何其他方法。它可以檢測(cè)模式，發(fā)現(xiàn)隱藏的聯(lián)系，揭示以前超出我們理解范圍的宇宙事件。人工智能還為我們提供了研究和解釋人類無(wú)法探測(cè)到的宇宙現(xiàn)象的新工具和方法。

眾所周知，浩瀚無(wú)垠的太空對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，要進(jìn)行精確的研究和探索是非常具有挑戰(zhàn)性的。因此，自 20 世紀(jì) 50 年代末首次使用人工智能以來(lái)，智能機(jī)器人系統(tǒng)一直在協(xié)助太空任務(wù)，當(dāng)時(shí)美國(guó)宇航局的航天器上有一種先進(jìn)的算法來(lái)檢測(cè)任何缺陷。

后來(lái)，在 1997 年，人工智能被用來(lái)尋找和收集火星表面的樣本。2004 年，智能計(jì)算機(jī)被用來(lái)識(shí)別、收集和對(duì)樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。宇航員、工程師、設(shè)計(jì)師和許多其他專家一直在太空中測(cè)試人工智能，直到研究證明人工智能可以幫助控制航天器、收集和分析數(shù)據(jù)以及做出快速?zèng)Q策。

人工智能不僅有助于協(xié)助太空任務(wù)和研究，而且是許多與太空相關(guān)的領(lǐng)域的一項(xiàng)技術(shù)?？茖W(xué)家和研究人員在太空中花費(fèi)數(shù)年時(shí)間研究宇宙，為了讓他們?cè)诤棋挠钪嬷猩?，太空建筑師在人工智能的幫助下設(shè)計(jì)和創(chuàng)建了棲息地。

先進(jìn)的算法和智能技術(shù)幫助太空建筑師設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)這些棲息地，因?yàn)樵跒樘盏葮O端環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮許多能讓人們長(zhǎng)期生存的方面。這些棲息地是昂貴而精細(xì)的加壓空間，可以模擬地球環(huán)境，因?yàn)樘窄h(huán)境不適合人類居住，所以研究人員沒(méi)有它們就無(wú)法進(jìn)行研究。

太空建筑是一個(gè)專門領(lǐng)域，專注于為人類設(shè)計(jì)和建造外太空的生活和工作空間。環(huán)境多種多樣，從用于往返太空以支持執(zhí)行任務(wù)的人類居住者的航天器，到宇航員長(zhǎng)期生活和工作的大型建筑和棲息地——空間站。一個(gè)著名的例子是國(guó)際空間站 (ISS)，研究人員大部分時(shí)間都在這里完成他們的研究；它包括住宿、實(shí)驗(yàn)室和操作空間。

國(guó)際空間站最初設(shè)計(jì)為太空實(shí)驗(yàn)室，但隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的進(jìn)步，它發(fā)展成為科學(xué)家和研究人員的家園，包括許多其他生存所必需的功能。除了功能之外，設(shè)計(jì)師還必須考慮人類的心理，通過(guò)增加窗戶來(lái)觀察室外環(huán)境，并增強(qiáng)他們?cè)趲滋?、幾個(gè)月甚至幾年的工作體驗(yàn)。

此外，太空棲息地也是在月球或火星等其他天體上提供生活環(huán)境的結(jié)構(gòu)或模塊。這些生活環(huán)境必須是保護(hù)人類免受惡劣太空條件影響的一種手段，同時(shí)提供必要的生命支持系統(tǒng)。其他類型的環(huán)境包括月球和行星基地，它們是人類在月球或火星上居住并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究的永久性設(shè)施。

建筑師和設(shè)計(jì)師精心規(guī)劃這些基地，盡可能地實(shí)現(xiàn)自給自足，考慮發(fā)電、水循環(huán)和食品生產(chǎn)等因素。最后，太空建筑師在地球上設(shè)計(jì)基于電子地球的設(shè)施來(lái)支持太空任務(wù)。這些設(shè)施包括控制中心、實(shí)驗(yàn)室、物流中心、用于訓(xùn)練宇航員的模擬設(shè)施以及用于航天器部件的測(cè)試設(shè)施。從本質(zhì)上講，太空建筑在人工智能和傳統(tǒng)建筑元素的幫助下，為人類在獨(dú)特而富有挑戰(zhàn)性的外層空間條件下生活和工作創(chuàng)造了一個(gè)安全的環(huán)境。

研究表明，技術(shù)和人工智能正在塑造太空探索的未來(lái)。太空建筑師依靠生成式建筑快速創(chuàng)建太空人居環(huán)境的模型和模擬。這包括從優(yōu)化布局和室內(nèi)設(shè)計(jì)到識(shí)別和解決安全問(wèn)題等所有工作。由于太空條件惡劣，太空建筑師專注于為進(jìn)行太空旅行或出于研究目的居住在那里的人類創(chuàng)造能夠適應(yīng)這些環(huán)境的功能性設(shè)計(jì)。通過(guò)采用特定算法，人工智能可以為建筑師和工程師提供多種設(shè)計(jì)方案，最大限度地減少設(shè)計(jì)缺陷并增加在太空中生存的機(jī)會(huì)。

人工智能不僅有助于設(shè)計(jì)太空棲息地，還可以協(xié)助設(shè)計(jì)汽車和摩托車底盤等小型設(shè)備部件。從本質(zhì)上講，人工智能和生成式建筑可以更有效地分析數(shù)據(jù)、模擬設(shè)計(jì)和優(yōu)化結(jié)果。然而，研究工程師 Ryan McClelland 強(qiáng)調(diào)，盡管人工智能快速、高效，對(duì)人類在太空中有很大幫助，但“算法確實(shí)需要人眼”。

這意味著，人工智能可以取代人類的分析，但無(wú)法取代人類的直覺(jué)，因?yàn)橹庇X(jué)總是比人類更了解情況。他們認(rèn)為，這種結(jié)合可以創(chuàng)造大跨度結(jié)構(gòu)和整個(gè)棲息地。人工智能和太空探索是正在進(jìn)行的研究，直到今天都在經(jīng)歷反復(fù)試驗(yàn)，但它們無(wú)疑為太空建筑師帶來(lái)了光明的未來(lái)。

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