本周机器人将接受考试。来自Vocal IQ的工程师布莱斯·汤姆森为智能手机设计语音系统，尼尔·巴格为科学实验室制造机器人，空中客车公司的系统工程师保罗·米查姆正在建造下一个探索火星的火星车，他们与克里斯·史密斯、戴夫·安塞尔和金妮·史密斯一起与聚集在剑桥的公众斗智斗勇，回答诸如火星火星车在机器人战争中会如何表现等问题。此外，我们从零开始制造了一个电机，并发现当我们将电子设备浸入液氮时会发生什么……
在这一集里
会说话的机器人
和布莱斯·汤姆森，声乐智商
剑桥大学附属公司Vocal IQ的布莱斯·汤姆森
在剑桥科学中心向现场观众解释他如何设计口语界面，让计算机理解我们并做出适当的反应……
克里斯-布莱斯，我们从你开始吧。请告诉我们，你们是如何尝试让计算机理解我们所说的话的。为什么这么难呢?
布莱斯:嗯，这很难，因为我们产生语言的方式有很多。有很多不同的口音，有很多不同的表达方式。更麻烦的是，人们不断想出新的方法。所以，当你认为你已经把所有的东西都整理好了，人们就会开始添加一些以前从未见过的俚语。他们重新表达他们所说的话，而且，他们说话的方式实际上是不符合语法的。所以，很多时候，人们认为我们在用完整的句子说话，但当然，我们只是在用短语或单词的一部分说话，人们有一些理解的方法，即使它没有真正的意义。
克里斯-伯明翰的人们最近是不是很生气，因为他们发现议会电话系统上的语音软件听不懂他们在说什么。这是真的，不是吗?
布莱斯-我相信这是真的。
Chris -但是为什么制度要反对伯明翰的人口呢?
布莱斯-这不是私事。
克里斯-我希望不会。
布莱斯:我的意思是，当然，有些工程师可能对伯明翰的居民有私人恩怨。但在这种情况下，这可能是因为计算机没有看到任何以这种特定方式说话的人的例子。这种特殊的方式可能与它所看到的非常不同，以至于它发现很难理解。所以，我想你们需要理解的是这些系统理解语言的方式是他们看他们以前见过的例子他们看他们看过的数据库中人们如何说话的例子。所以，他们会检查整个声音集合。例如，我们有像Aah, Bah, Kah等声音，每一个声音都有不同的声波表示。所以，当你观察声波并对其进行分析时，每一种不同的声音都会发出不同的声波。实际上，正在发生的事情是，计算机试图找到最可能的声波或最可能的声音为它显示的声波。在你的例子中，可能发生的情况是，根据它从其他人那里看到的最可能的声波实际上与这个人说的话不同。
Chris -所以，利物浦人在每句话的末尾都说“嗯”，这没有问题吗?
布莱斯-同样的原则。只要它看到过这样的例子，它就不会我认为这对人类来说也是如此。
Ginny -这是我演示的第一个很好的点。所以，利物浦人的声音在电脑里听起来是什么样子，我们真的不能理解，但是我有一个例子，可能会让你知道他们在电脑里听起来是什么样子。我得回去看电脑了。好吧，我想让你听听这个…
(录音)
金妮——谁觉得自己明白了?少数人，但不是所有人。你们中有人完全不明白吗?是的，我们有不少人不明白。所以，如果你想象你是一台来自利物浦的电脑，这就是他们的声音。但你的大脑是惊人的，他们可以利用经验并从中学习。所以，如果我继续播放这个…
录音-请在空中挥动你的手臂。
金妮-现在，我要再放一遍我之前给你放过的曲子，但希望这次，你能理解。
(录音)
金妮——第二次大家都明白了吗?
观众:是的。
金妮-这就是所谓的正弦波演讲。它只是经过了一种混乱的程序，让它听起来很奇怪。首先，你的大脑不知道该怎么处理它。它以前从未听过这种声音。我觉得这听起来有点像鸟叫，但我不太确定是怎么回事。但是一旦你知道它是言语，你知道它应该说什么，你的大脑就可以对它进行解读，并弄清楚它在说什么。实际上，现在你们已经听到了一个正弦波语音的例子，你们应该能够听到几乎任何正弦波语音的集合。所以，我有一个例子，我说了一些不同的东西……
(录音)
金妮-如果你明白了，你能照上面说的做吗?
观众——鼓掌。
金妮——非常感谢。所以，一旦你有了一个正弦波语音的例子，你就可以理解其他的正弦波语音，我相信这就是你试图训练你的计算机去做的。
布莱斯-没错。所以，电脑就是这样。他们看到的例子越多，他们的理解能力就越强。很可能，在那个特殊的例子中，他们没有看到足够的来自那个地区的人的例子。如果他们这么做了，他们就能学习了。
克里斯:我看到了一段医学转录，医生实际上是用一种语音翻译的方式说的，“我将部分减少麻醉剂”，电脑将其翻译为“我将开派对，并将麻醉剂减半”。所以，当你遇到一些单词时，有些人倾向于把单词连在一起，而另一些人则把单词清晰地分开，这一定很困难。你怎么能让电脑把这些东西区分开来，因为它们的模式最终看起来一定很相似?
布莱斯:是的，但是有一个过程，通过这个过程，计算机可以尝试不同的选择，它基本上会尝试每一个可能的选择，然后看看哪个是最有可能的。在你的例子中，实际发生的是计算机将它的分析分为两部分。所以，有一部分是看发音的，但还有一部分是看单词的顺序。一些单词序列比其他的更有可能出现。事实上，这是一个你可以得到很多背景信息的地方。例如，如果你输入谷歌或者其他搜索引擎，你可以输入几个单词，然后它会为你预测另一个单词。如果你使用快捷键或滑动键等操作，手机上也会发生同样的情况。在这些系统中，你可以在手机上输入几个单词，然后它会预测下一个单词是什么，帮助你更快地完成任务。
克里斯-我看到过一些与此相关的事故。
布莱斯-是的，所以这和可能发生的事故是一样的，所以语音识别器会把它纳入其中，当然，这可能会出错，但在大多数情况下，它实际上是有帮助的。所以，我一直在研究的一件大事是你如何结合整个对话上下文并结合你知道这个人一直在说什么的事实，实际上，使用那个以及最近的单词。
克里斯-哦，真聪明。你说的是，通过查看上下文，换句话说，一个人已经进行过的对话，然后当它看到一个新词时，你会根据对对话的一些分析，缩小搜索范围，寻找可能的单词。这听起来有点吓人。这听起来有点像电脑在偷听你说的话。
布莱斯-我想这是我们都会做的事。所以，当我们和别人说话时，我们知道我们在说什么，知道主题是什么，所以，如果有两种可能的解释，我们会选择在语境中最合理的那个。
Chris -有人有问题要问Blaise吗?我们现在需要问一些问题关于电子技术，语音识别，你最有趣的单词预测时刻。有没有人在给别人发短信的时候看到过这样的嚎叫，或者他们没有想到会出现这样的情况?是的，这位先生是谁?
里斯:你好。我是来自康伯顿的里斯·埃德蒙兹。计算机能传输的最高波长和最低波长是什么?
Chris -你能解释一下你所说的传输是什么意思吗?你是指计算机发出的声音吗?
布莱斯-说实话，我不确定这个问题的答案是什么。我相信是几千赫兹。所以，这是频率而不是波长，但是有一个范围。实际上，计算机可以记录和传输比我们耳朵能听到的更高和更低的频率。
是的，我的意思是你的耳朵对50赫兹很敏感，也就是每秒50次循环。这是你能听到的最低的声音，大约50。有些人，低至20，当你很年轻的时候，它高达20,000赫兹，而这个房间里的大多数人，年龄稍大一点，会听不到超过15,000赫兹的声音。事实上，人们知道年轻人比老年人更能听到这些声音，他们把它们作为一种排斥年轻人的方式。实际上有一家商店。是在威尔士吗，金妮?你还记得这个吗?他们有个问题就是年轻人在外面游荡所以他们安装了这个嗡嗡作响的系统频率大约是18000到20000赫兹他们可以听到这个声音，这非常烦人，但是成年人不会因为听不到就不进去买报纸。
金妮-但后来青少年们也报复了他们因为他们开始用它作为铃声因为当他们的手机在课堂上响起时，老师听不到，但他们知道是在响。所以，他们得到了回报。
克里斯-这是怎样的独创性?下一个问题。还有谁有问题吗?
马克-你好。我是马克，来自剑桥。我只是想知道目前在语音处理方面的限制因素是什么?是我们对言语的理解有误，还是我们在等待权力过程的增强?
布莱斯-我得说这更像是一种理解。所以，我们已经有了相当大的处理能力。所以实际上，我想说有两件大事。一个是收集人们说话的例子，我们称之为数据——一个大数据源。大公司在语音识别方面做得更好的一个重要原因是他们有更多的数据。目前，实际的处理能力并不是一个大问题。我们很容易把大量的服务器和计算机集合在一起进行处理。在理解如何构建更好的语音识别器上还有很多事情要做。甚至在过去的几年里，这种情况也有了很大的发展。在过去10年左右的时间里，这些系统变得非常有用。
Chris -我印象很深刻，因为我给许多有自动电话应答系统的行业打过电话，虽然我觉得他们很生气，但他们确实工作得很好。他们说，“告诉我你打电话是为了什么”，你可能会说“我的宽带坏了”，然后他们说，“你打电话是为了宽带吗?”你说，“是的。”这很容易让人产生难以置信的讽刺，不是吗?它能理解讽刺吗?如果你说，“不，我不是。”不管怎样，它还是会把你接通给宽带人吗?
布莱斯:我认为这可能取决于人们如何设计它，但在大多数情况下，不是。所以实际上，这是我们一直在研究的另一件事，就是试图让电脑学会分析单词，句子的意思。其中很重要的一件事就是试着弄清楚你做的是对还是错。我们所做的是让计算机尝试不同的策略。例如，在你的例子中，你可以试着说，“我认为你想要一个宽带”，然后看看这个人是否想要。然后让计算机自己学习这些东西的含义。因此，重要的是要看看你做对了还是做错了，因为这可以告诉你未来应该如何改变你的策略。实际上，一个很好的信号是人们是否咒骂这个系统。一般来说，这意味着你做错了什么。但实际上，检查你是否做对了一件事实际上要困难得多。
Chris -你还记得那个经常弹出的微软回形针吗?你还记得微软的回形针吗?谁觉得这很烦人?我看到有人曾经做过一个恶作剧，他们非常厌倦。他们写了这样的东西，“我决定自杀之类的”，然后回形针跳出来，说:“这看起来像是你在写遗书。你需要帮忙吗?”你能表达情感吗?
布莱斯:这不是我研究过的问题，事实上，一般来说，人们已经开始研究这个问题了，但这实际上非常困难。部分原因是，即使是人类也很难通过倾听来判断情绪是什么。所以，如果你让2到3个人都听同一段音频，有些人会说这个人很生气。有人会说他们没有感情，也有人会说他们很快乐。实际上，人类之间的共识非常低，约为60%。因此，这使得计算机很难学习，当然，它们的一致性更低。
Chris -到目前为止还有问题吗?后面有一位先生。
卡洛-晚上好。我是剑桥的卡洛。我想知道是否有一种语言更容易通过计算机理解，或者它们或多或少都一样。
布莱斯-是的，这是个有趣的问题。所以，在理解的难易程度上是有区别的。在某些方面，英语实际上是最简单的，部分原因是我们有很多我称之为数据的东西，很多例子，因为大多数互联网都是用英语写的。其他语言由于各种原因比较难，一种是中文，在某些方面比较难，有两个原因。一是对语言的理解存在音调差异。举个例子，有些词对你我来说可能听起来是一样的，但一个可能指的是马，另一个可能指的是母亲。如果你说错了，你就会有大麻烦。
克里斯:在一些超市里，马肉和牛肉最终会被混淆，不是吗?
布莱斯:没错，但我相信这并不是因为语气的变化。所以，这是造成困难的一个有趣原因。汉语的另一个原因是，它并没有像英语那样真正地分词。所以，对一个词的意思有不同的理解。其他语言因为其他原因而比较难，比如土耳其语，这是因为它的单词结构。所以在英语中，我们有前缀和后缀，这很容易处理。但在其他语言中，你会得到所谓的中缀，所以单词可以因为单词中间的变化而改变。由于各种技术原因，这使得事情变得更加困难，因为你可以使用的单词数量出现了巨大的爆炸式增长。
Chris -也许，系统可以学习。难道它不能自学，慢慢变好吗?
布莱斯-是的。这就是我们在中文，土耳其语，阿拉伯语等语言中所做的。它们现在都有最好的系统，是一个自动学习的系统。但是，当你的单词数量激增，或者当你不得不添加额外的东西来影响意思时，这就变得更加困难了。
克里斯:很明显，如果你想让别人明白你的意思，你就大声、清晰地说英语，不是吗?还有问题吗?
Fergal -嗨，我是剑桥的Fergal。我想知道语音识别是如何工作的。是通过模式匹配还是将所有声音分解为基本元素，波长，频率，振幅，以及不同声音和不同口音和音调的相似参数?
布莱斯:它的原理是把声波分解成一系列我们称之为特征的东西。这些有点像你们所说的振幅等等。实际上，它们略有不同，但实际上，思想是一样的。然后它要做的是，它试图找到一系列我们称之为电话的声音。比如啊，嗯，嗯，等等。所以，有一个集合几乎定义了我们作为人类可以发出的所有声音，其中一部分用于英语。然后它尝试找到这些电话的最可能的序列，给出它给出的语音示例。它决定某件事是否可能的方式是看你通常会从这些特征的声音中得到的分布或模式。比如振幅。通常使用的具体方法要复杂一些。 They're called malfrequency cepstral coefficients. which is...
克里斯-再说一遍。
布莱斯-低频倒谱系数。还有概念线性预测系数。
克里斯:参加派对是什么感觉?
Blaise -老实说，它通常会扼杀所有的谈话，这就是为什么我通常在引入它之前尽可能长时间地离开它。
克里斯-还有问题吗?
珍妮-嗨，我是剑桥的珍妮。我只是想知道如果视频电话再发展一些，会有帮助吗，尤其是在情感方面?那么，你能把图像和声音匹配起来吗，你能通过一个人的脸，他们的情绪来判断吗?
布莱斯:是的，所以视频对情绪检测有很大帮助。它实际上也有助于其他一些事情。所以，你不会认为这是一个问题，但实际上，最难决定的事情之一是什么时候电脑应该说话，什么时候它认为你在说话。因为如果环境中有噪音，那么很难知道这个人什么时候停止说话，或者什么时候还在说话。人们停下来，不太清楚电脑现在是否应该开始说话。甚至人们对此也很纠结，因为人们会插嘴争论到底是谁在说话。所以如果你有视频，那就容易多了，因为你可以在听音频的同时，观察他们的嘴唇，看看他们是否还打算说话。你可以看看他们的脸，这也给了他们是否打算说话的一些暗示。所以，视频确实有助于更多的事情，而不仅仅是情感。它也有助于其他事情，我们称之为轮流。
克里斯:你也可以用面部表情来判断别人想说什么吗?因为有一个著名的麦格克效应，金妮，如果你让一个人用一种方式说话，但给他们播放另一种声音，听的人会感到困惑，听到完全不同的东西。
金妮-没错。我们经常使用脸部的形状来帮助我们了解某人在说什么，特别是在嘈杂的环境中。所以，如果你看到某人发出“bah”的声音，做出他们发出“bah”声音时的那种表情，你听到的声音有点——可能是“bah”，也可能是“mah”，你会认为这是“bah”，因为你看到他们在做什么。所以，我们肯定会用到它。所以，我认为这对电脑也很有帮助。至少对其中一些声音是这样的。
布莱斯-可能吧。
实验室里的机器人
我是TAP生物系统公司的尼尔·巴格
在TAP生物系统公司从事研发工作的尼尔·巴格向记者解释道
观众在剑桥科学中心，他是如何开发机器人在实验室中使用，以及机器人是如何困难模拟人手....
克里斯-尼尔，你让机器人在实验室工作。跟我们说说他们吧。你实际上是做什么的?
我们的系统在实验室里进行各种不同的处理。我们已经做了大约20年的系统来处理像这样的瓶子或烧瓶。这些被称为t型烧瓶。它们能装600毫升的液体。大约一品脱。
克里斯:那你在里面放啤酒吗?这就是你要做的吗?
我们有过类似的想法。
Chris -你做发酵。
是的，我们有。这些是用来培养细胞的，各种各样的细胞——动物细胞，也许昆虫细胞这样做的原因是为了帮助药物研究。现在全世界有成千上万的生物学家，他们的部分工作就是照顾他们的细胞。所以，每隔几天，他们就需要收集这些烧瓶，把它们从培养箱里拿出来，拧开瓶盖，把里面的液体倒出来。基本上，给他们的细胞更多的食物。细胞在烧瓶中生长，最终，细胞耗尽了空间。然后，你必须把细胞拿出来，放到一个新的烧瓶里，给它们更多的生长空间，让它们开心。现在，细胞以一定的速度生长，有时它们需要在周末喂养和浇水，所以人们不得不在周末工作，继续照顾他们的细胞。
克里斯:这就是研究生该做的，不是吗?
没错，但是一旦人们成熟了，变老了，他们就不喜欢把周末花在实验室里做这些工作，这就是我们的一些系统发挥作用的地方。我们的系统可以自动化整个过程，这样科学家们就可以更有价值地利用他们的时间，而不是做拧开瓶盖和倒移液的工作。
克里斯-我们在实验室里测试的液体的体积是不是真的，很多现代的测试比如DNA测试之类的都是非常非常小的，我们要同时做很多很多的试管而人类并不是很擅长记住它们去了哪里?你在89路可能会走错路th他们会想:“是88路吗?th或89th？我最好重新开始。”机器人不是比这更好吗?
尼尔:非常喜欢。许多年前，人们常常在试管中完成所有的工作。随着时间的推移，我们最终得到了这样的东西。这是一个有1536个孔的盘子。每口井约一毫米见方，深约5毫米。为了达到这个目的，你需要一些小的移液管尖端。在这个盒子里，有384个吸管头。所以，我们做的系统可以一次将384个样品从这样的板移到另一个板上，用来做质量实验。
克里斯-到目前为止，关于我们如何制造机器人来加速实验室的研究，有什么问题吗?
Ginny——我收到了一封来自Steve Lamble的邮件，他说:“为什么亚马逊仓库没有使用这项技术?这是最近新闻里的大新闻。我们仍然要求人类推着手推车跑来跑去捡东西。”听起来像是，我是说，规模更大，但和你说的很像。
是的，事实上，我很惊讶他们没有在亚马逊仓库使用自动化系统，因为很多仓储系统都是自动化的。我们为英国生物银行做了一个系统用来储存生物样本它们储存在零下80度。可能有数百万个样本。这个机器人实际上是在零下20度的环境下工作的，但这只是一个自动化仓储系统的例子。
所以，和去年抱怨工作环境的亚马逊员工不同，机器人不会抱怨。我想这是一个很大的好处，不是吗?
尼尔:没错。他们可以一天24小时，一周7天不间断地工作。它们需要一些维护，但自动化的好处之一是它们可以24小时工作。
戴夫:仓库里有很多不同的物品，你说机器人不擅长处理新出现的、意想不到的情况，这是不是很困难的部分原因呢?
这当然是一个重要的因素。每当我们看到一个新的应用程序时，我们都会尝试将需要处理的事情标准化，并尽可能少地处理不同的组件，甚至尝试设计我们需要处理的事情，使其适合机器人应用。所以，我认为你是对的，包装的大小和形状将是一个很大的因素，如果他们试图自动化它，他们可能需要标准化一组不同尺寸的盒子。
克里斯:那么，有没有人来找你说，“这是我们的实验室。我们想让你给我们设计一个机器人可以在我们的实验室里做一些事情或者你做一些系统然后人们买了它们然后根据你的系统来设计他们的实验室?
尼尔-两者都有。很多时候，我们希望开发新的系统，所以我们和人们交谈，说，“你在工作中做什么，真正的问题在哪里?”你的时间都花在哪里了?”因此，通过这些讨论，我们发现人们花了很多时间在相当平凡的任务上。我们会想，如果我们能帮上忙，值得吗?在一些应用中，比如细胞培养的自动化，有很多好处。这不仅仅是一种节省劳力的行为。当人类执行一项操作时，每个人之间总是存在一些差异，或者周五下午发生的事情通常与周一早上发生的事情不同，而机器人每次执行相同的任务，几乎都是相同的。这样，你就能更准确地了解细胞在烧瓶中的生长情况。机器人也不会带来污染。 So, that's quite a problem when you're trying to do cell culture, making sure everything stays sterile. There's bacteria everywhere. It's very easy to contaminate samples, but robots can't inherently contaminate it.
你的机器人不会感染电脑病毒吗?
我们尽量避免这种情况。
克里斯:那他们用的是什么软件呢?如何给它们编程?
有很多不同级别的软件包。通常，会有一个运行Windows系统的PC，然后它会说，手臂上有自己的控制器，它会协调每个关节的操作来移动零件。
克里斯-那我怎么做这些动作呢?因为我有一只手，而我的手最强大的特点是我可以让我的拇指与我的每个手指的末端相接。这是很容易复制的东西吗?
尼尔:一点也不。我认为，作为人类，我们通常低估了我们身体的复杂程度。所以，当你用手抓东西的时候，你所有的手指都有一种惊人的触觉，你的眼睛的反馈意味着你可以看着一个物体并把它捡起来。你想都不用想。然而对于一个机器人系统，在一个没有很多感官反馈的机器人系统上，我们可能不知道如果我们拿起一个瓶子，它有一个缺失的盖子，我们可能不知道。然后我们试着处理它，事情就会出错。所以，我们必须在系统上安装一定数量的传感器。但相对而言，大多数机器人的抓手与我们的手相比都相当笨拙。
Chris，有问题吗?在我们只有一个问题之前。
杰克-我叫杰克，来自康伯顿。制造和设计一个这样的机器人要花多少钱?
这取决于系统的复杂程度，但通常情况下，这需要花费数百万英镑的开发努力。
克里斯:你有多少零花钱?这取决于他做了多少家务?你需要一个机器人。
比——你好。我叫Bea，来自剑桥。我想知道，在实验室环境中，这些系统可以用于模式识别到什么程度?所以目前，正如你所解释的，他们正在做一些机械任务，但是当分析900个不同的样本时，他们可能会提供一种更快的处理速度，帮助缩小样本的数量，在实验室工作的人会有，进一步研究。
是的，我认为这与视觉系统和对照片的分析更相关。因此，举个例子，它可能试图从非癌细胞中识别癌细胞，这可能是一个很好的应用，可以帮助实验室进行这种活动。有很多机器人系统都有集成的视觉系统。PCB结构就是一个例子，你手机里的印刷电路板。这些电路板上有微小的组件，在这些组件的组装中，这些组件被呈现给机器人，机器人用一个小吸盘把它们捡起来。它会移动到一个摄像机，摄像机看着它，决定它的确切位置并设置它的方向，以便他们能够准确地将它放置在PCB上。
金妮——我有一个来自剑桥的多米尼克的问题。他说:“为什么机器人在工厂生产线上使用了这么多年，但在人们家中出现的速度似乎很慢?我们做家务的机器人在哪里?”
是的，如果我们家里有这些机器人就好了。我认为，这与经济学有很大关系。工业过程中有相同的任务要做一遍又一遍,如果你考虑汽车生产线,如果你让一辆车一分钟有一个机器人,可以做同样的焊点的时间是一个非常有效的方式将机器人应用于一个过程,因为它是相同的过程而在房子,洗碗,做家务的捕捞,除尘的蜘蛛网,它们非常不同,每个人的房子是非常不同的。所以，在机器人方面，有一些吸尘器会四处颠簸，清扫地毯，它在楼梯上做什么?它被卡住了。
克里斯-他们在楼梯上打败了戴立克，不是吗。我告诉你我们想要什么。我们想要一个熨烫机器人。这就是我们想要的，一个能熨衣服的机器人。
不，但是还有其他的解决办法。如果有不需要熨烫的衣服就好了。所以，这可以说是一个工程师解决问题的方法。
Chris:你有没有和Blaise一起研究过他的语音识别技术是否可以应用到你的机器人上，这样你就可以制造出一个能按你说的去做的机器人?
不，我们还没有，但这将是非常有用的，因为有时在开发系统时，你可以看到一些不好的事情将要发生。要是你能喊:“住手!”
你能举一个这样的例子吗?
这些烧瓶是非常易碎的材料，有时在开发系统的过程中，你会把烧瓶放在不应该放在的地方。这个机器人，这个系统知道所有东西的位置，但是如果你打开保温箱的门，决定开始移动烧瓶，你拿出烧瓶，看看它，觉得很有趣，然后把它放回去，如果系统不知道这些，它很容易把其中一个烧瓶完全打碎在另一个烧瓶里。所以基本上就是一个烧瓶在另一个烧瓶里。
克里斯-哎呀!尤其是如果里面有埃博拉病毒什么的。那会很讨厌，不是吗?
建造火星探测器
Astrium的Paul Meacham
ExoMars漫游者的系统工程师Paul Meacham解释道
他在设计一个机器人时面临着挑战，这个机器人必须在2018年在红色星球上寻找新生命……
克里斯-保罗，你有一个很好的开场白，你能说你为遥远的行星制造漫游者。
保罗:是的，虽然它在社交上就像马麦酱一样，要么开始谈话，要么把谈话扼杀。所以，我们有一个6轮的车辆，我们称之为火星探测器，它将于2018年前往火星。该任务的目标是寻找地球以外的生命迹象。之前的探测车主要是美国的，这是第一个欧洲的探测车，寻找生命的条件和类似的东西。我们正在直接寻找生命。
克里斯:那你要寻找的生命特征是什么呢?
保罗:嗯，这很难说，因为当你试图描述生活时，你会发现这实际上非常非常困难。所以本质上，我们有一个有机分子探测器来寻找非常简单的分子结构，我们在探测器的前面也有一个钻头，可以让我们从地表以下两米的地方采集样本。
克里斯，就像百得一样。
保罗:实际上它的工作方式更类似于石油钻井平台。它有一个单独的钻头和延伸杆，旋转到位，形成一个2米长的钻头。钻片底部有一个相机快门，可以把样品推进去，然后把它带回来，由有机分子分析仪进行分析。
克里斯:这个火星车有多大?
保罗:所以，这是一个中型的火星探测器，如果有的话。从轮子的底部到桅杆的顶部，它大约有2米高，大约1.6米长。所以，这是一种相当大的野兽，这意味着它可以在我们预计它会遇到的大部分地形上行走。
克里斯-似乎有一种时尚，描述你的漫游者与地球上的交通工具的关系。好奇号被戏称为迷你库珀的大小。那么，你的房子有多大?
保罗-嗯，我们没那么大。我想我们大概是…
克里斯-依赖罗宾?
保罗-我想的是那种你坐着开着的大型割草机。我想大概就是这个大小。
Chris -那么，你们的开发过程进行到什么程度了?
保罗:嗯，我们已经到了开发的阶段，我们有几个开发模型来测试漫游者将要使用的技术，这些技术还不太成熟。只是因为以前没有人这么做过。特别是漫游车的自主性，漫游车在火星表面行驶的能力。我们有几个原型探测车，可以让我们演示和实践它，看看哪些有效，哪些无效。但我们离造出飞行探测器还有一段路要走。
克里斯:你可以重建火星来测试它，对吗?
保罗:是的，我们可以。所以，我们在斯蒂夫尼奇有一个很大的火星场地，一个巨大的沙坑，漫游者基本上在那里练习。它在岩石上行驶。它看到了我们如何处理斜坡，我们的原型是故意开发的，这样它们在地球上的重量就和火星上的重量一样。所以，当它到达火星时，它们的行为方式和真正的火星是一样的，那里的重力要小得多。因此，我们可以编写所有聪明的软件来控制它，知道当我们到达那里时它会在飞行漫游者上工作。
克里斯-火星夜间的温度不会接近零下100度吗?
保罗:可以稍微低一点。是的，我的意思是，白天的温度在0到10度左右，这是电子设备通常喜欢的，但是夜间的温度可以降到零下130度，而且下降得很快，因为火星的大气非常薄，它没有和地球一样的保温能力。
克里斯:但是对于电子产品来说，低温不是很好吗?因为当天气又好又冷的时候，电阻不是会下降吗?
可以，但真正的问题是，当你的温度低于零下100度时，你会发现你的电路板开始冻结，焊料开始断裂，甚至电路板也会断成两半。所以，这意味着它现在已经死了，你没有办法修复它。所以，我们必须尽可能避免低温。
金妮:那么，我们现在有一个小演示，向你展示在非常低的温度下各种电子设备会发生什么。
戴夫-所以，我这里有一个极度操纵陪审团的电路。我有一些带灯的电池和一圈很长的电线。在这个保温瓶里，我有一些液氮它的温度比火星要低一点大约是零下196摄氏度。
金妮-所以，你可以看到。我们刚刚倒了一些到杯子里，你可以看到它在冒泡，那是因为它实际上是在沸腾，就像你的水壶在沸腾时产生很多气泡一样，当它达到100度时，液氮会在室温下沸腾。所有的蒸汽都是沸腾时的那种蒸汽。我们这里有一个漂亮的小电路。这有点权宜之计。我们有一些电线，我们有一个亮红色的LED，每个人都能看到它发出美丽的光。那么，你打算用那个LED做什么呢?
戴夫:那么，我要做的第一件事就是冷却电线。
金妮-你要把电线插进装满液氮的保温瓶里。到处都是美丽的蒸汽，它发出了很大的声音，现在似乎已经安静下来了。这是什么意思呢?
戴夫:现在电线在零下200摄氏度的温度下电线在这种温度下是完全没问题的。如果有的话，LED会变得更亮一点，因为当你降到这种温度时，铜的电阻会下降很多，我认为甚至是10倍。但如果我们不这样做，我们冷却LED，它是一个电子元件。它确实很好用。
金妮-真漂亮。它在液氮杯里发光，然后爆炸了。它不工作了。你刚把它弄坏了吗?
戴夫:如果我再把它拿出来，让它慢慢加热，它就会恢复正常。
金妮-是啊，它回来了。它不像开始时那么亮，但它正在接近。是啊，我得说它们一样明亮。所以，不是你弄坏了它。只是在这么冷的情况下，它不起作用。为什么呢?
戴夫:那么，LED和大多数聪明的电子器件都是由半导体材料制成的，这些材料可以导电或绝缘，并且具有各种有趣的特性。但是为了工作，它们需要一点热量来给电子一点刺激，让它们四处移动。但是当你冷却它们的时候，电子就被锁住了，不能以电流的形式流动。它们基本上就停止工作了。所以，如果你把一个电子设备冷到一定程度，它就不能工作了。
保罗:当然，是的。因此，我们必须制造电子设备所在的环境，使其更接近电子设备喜欢工作的地方。大概在零下40到10摄氏度之间。我们这样做的方式是，我们把所有的电子设备放在一个中心核心结构中我们称之为浴缸浴缸的空间相当于双层玻璃。所以，它有一个内层，然后在内层和外层之间有一层冷空气。就像双层玻璃一样，它可以阻止热量逸出并形成热障。所以，你可以把浴缸里的温度控制到你喜欢的任何温度。通常在零下40度到10度之间。
克里斯:力量从何而来?
保罗:嗯，我们所有的能量都来自浴缸顶部的太阳能电池板，它基本上是密封的。所以，这是我们在火星上的主要能源。我们还有一块电池，可以在白天充电，让漫游者在晚上保持活力。但从本质上讲，是的，我们是完全环保的，而且是太阳能驱动的。
克里斯-这些太阳能电池板，它们能让探测器运行多久?
这是一个有趣的问题，因为在火星上使用太阳能电池板的一个大问题是它们最终会被灰尘覆盖。一旦灰尘落在太阳能电池板上，就很难将其清除。从本质上讲，你的效率，你从太阳能电池板产生的能量在任务中下降。
克里斯-你需要一个机器人来清洁它们。
保罗:差不多了，但那可能会有点困难，因为你最终会刮伤玻璃，因为太阳能电池板被玻璃覆盖了，然后你就会永久性损坏，然后你就再也不能产生足够的能量了。所以，这是一个问题，我们加大了太阳能电池板来弥补这一点。但幸运的是，可以覆盖整个火星的沙尘暴是季节性的。它们通常发生在秋分到春分之间。所以，我们的任务在春分着陆是有道理的，就在沙尘暴季节结束之后，然后我们的名义任务应该在它再次开始的时候完成。
Chris——观众的问题。谁会问建造一个机器人去探索另一个星球?
马克:嗨。我是剑桥的马克。我在想，考虑到可能出问题的地方一定会出问题，而且火星离我们很远，你是否会对系统进行过度设计，以确保它们不会损坏，或者火星探测器是否有自我修复的能力?
保罗:当然，我们确实对它进行了一些改造，以保证它能完成它的名义任务。但事实上，我们避免问题的主要方法是带两件东西。我们对探测器上的每个单元都有一个质数和冗余等价物。所以我们有两台电脑，两个配电装置，两套传感器，等等。所以本质上，如果一个坏了，你可以切换到B边，用它来代替它们的工作原理是一样的。
克里斯:你有备胎吗?
保罗:实际上，我们不用轮胎，因为轮胎是橡胶做的，而且如果我们要寻找生命的话，我们不能把有机物带到火星上。所以，我们实际上用金属制造了探测器的轮子，它们有点像轮子上的弹簧。他们稍微压缩，让我们爬过岩石和正确地抓住。
克里斯:在火星上，你是如何控制和操纵探测器的?
保罗:嗯，因为火星太远了，最坏的情况下，会有20分钟的延迟。遥控驾驶探测车是不实际的。尽管它在地球上受到监控，但我们实际上希望漫游者尽可能多地做出决定。事实上，我们的漫游者能够接受几百米外的目标，仅仅是一个X, Y坐标，然后漫游者自己做其他的事情。它将使用摄像头拍摄前方的地形，识别岩石和斜坡的位置，确定地形的某些区域是否安全，规划一条道路，然后自动行驶。事实上，我们每天只能看到探测器一两次。
Chris -我还是很失望你不能坐在实验室里拿着无线电控制装置然后想着，我在操纵这个东西。它离火星有多远?你的信息要走多远才能到达火星?
保罗:情况不一。最近的距离是3600万英里。最远的是2.5亿英里。所以，这就是20分钟时间延迟的来源，即使以光速传播。
克里斯-我的信息要在20分钟内到达我想要它到达的地方。
保罗:是的，没错。所以，如果探测车向前行驶，你看到一个你想让它避开的障碍物，你按下停止键，然后20分钟后，它就会撞上你想要避开的障碍物，因为信号需要很长时间才能到达那里。
Chris -到目前为止还有问题吗?后面那位女士…
索菲亚-你好。我是来自剑桥的索菲亚。我想知道这个漫游者是留在火星上还是带回来?
保罗-很遗憾，没有。它将永远停留在火星上。原因很简单。当你想要携带很多科学仪器时，你想要一个尽可能大的探测器，如果你想要带回一些东西，你必须随身携带燃料，然后把它从火星表面发射回地球。当然，这严重限制了探测器的大小，科学仪器的数量，等等你可以发送的东西。所以，这本质上是一个很简单的选择。你是想做大量的科学研究还是想把样本拿回来?到目前为止，所有的漫游者都是单向旅行，但ExoMars之后的任务被称为火星样本返回，它是一个更简单的航天器。它的设计目的是着陆，采集一些样本，然后再返回地球。但探测车已经完成了基础工作，因为它们已经通过长途跋涉弄清楚了哪里值得采集样本，哪里不值得。
克里斯-那确保我们不会从火星带回什么可怕的东西呢?采取了哪些措施来确保我们不会破坏我们的星球?
保罗:这是个大问题。实际上它在两个方向上都适用。我们有行星保护系统，就是说我们不能污染火星。但是，如果我们要带回样本，它就不会污染地球。所以，样本容器很可能会被发射出去，然后由另一艘没有降落到火星表面的航天器在轨道上收集。然后将其返回地球，并将其密封在进入飞行器中，将其带回地面。因此，暴露在火星环境中的航天器的任何部分实际上都没有暴露在地球上。
克里斯-这样的话，它就不可能把任何东西沉积到地球大气层中。
保罗:是的，着陆后你会有大约10分钟的时间去寻找它，收集它，然后把它放回一个干净的环境中。
克里斯-在别人偷之前或者…
希望不会，因为仍然有污染的风险。
克里斯-还有问题吗?是的,尼尔。去做吧。
火星探测器的寿命是多长?
保罗:嗯，名义上的任务是218天，也就是他们在火星上的时间，这是相当典型的，勇气号和机遇号漫游车的寿命是180个火星。好奇号大约是2岁。所以，这就是它必须实现所有基本科学目标的时候。但是，当然，任务可以继续下去，并将继续下去。部分原因是过度工程，但部分原因是我们会一直运行它，直到出现故障。
Facebook上的Ginny - Steve想知道，“我们已经有了无人驾驶的火车，你也在谈论一种无人驾驶的漫游者，那么我们什么时候能拥有无人驾驶的汽车，我们真的会相信它们吗?”我们能确定他们真的安全吗?”
保罗:这是个有趣的问题。我的意思是，我们已经开始朝着这个方向努力了。谷歌有一辆汽车可以在一定程度上自动驾驶。可能只有在所有汽车都是无人驾驶的情况下才会奏效，因为那样肯定会减少不可预测性。但我的意思是，它的某些功能现在已经出现在汽车上，比如车道控制。所以，如果你开始走出你的车道，它会震动，让你知道发生了什么。所以，我们的汽车会有一些功能，但我认为我们离所有人驾驶自动驾驶汽车还有一段路要走。
Chris -你们还有问题吗，后面那位同学?
这是来自康伯顿的里斯·埃德蒙兹。一辆探测车每天大概在火星表面停留多长时间?
保罗:当然在晚上，我们哪儿也不去。因为温度下降，漫游者在晚上停在那里，只是为了让漫游者保持活力。但在白天，这取决于我们是否在科学地点。所以，它可能是钻孔或者我们可能在做分析之类的事情。但如果是开车的日子，我们预计行驶大约70米，这些都是自动完成的。在这218天里，我们将走大约4公里。所以很明显，我们不是每天都开车，但这是我们设计的典型目标。
什么时候发射到火星上去?
我们计划在2018年发射，发射日期很明确，因为你不能想什么时候去火星就什么时候去。我们必须等待行星彼此处于正确的排列，这样当你发射并到达火星轨道时，火星就在那里。所以，这种情况每两年半才会发生一次，这就是为什么任务的第一部分在2016年开始，火星车在2018年开始，因为他们必须等待下一个机会。
克里斯:好奇号以一种不可思议的方式降落，他们实际上有一个平台，上面有一个推进器，可以让漫游者停在火星表面上，然后把它吊到火星表面上。我的意思是，它非常优雅。你打算怎么降落?希望不要像小猎犬那样。
保罗-希望不会。但我们也会使用动力装置因为这是这种尺寸的探测车的标准。一方面是因为你想要平稳着陆，另一方面是因为你想要非常非常小心地瞄准探测器。我的意思是，现在，我们有一个合理的想法，我们想从哪里取样本。漫游者必须能够被引导到那个地方，而不能只是在几英里内弹跳。所以，我们基本上有一个有火箭发动机的着陆平台，但不同的是，我们是坐在上面，而不是被绞车从上面拉下来。我们把所有的东西都着陆了，因为我们和好奇号任务的不同之处在于，我们在实际的着陆平台上有仪器等。所以，我们想让它们降落在同一个地方，这样我们就能得到一致的数据。
凯特——我是凯特，来自剑桥。我有个问题。火星探测器会在《机器人战争》中表现如何?专家小组是否认为，如果BBC重新推出火星探测器，会有更多的孩子喜欢机器人技术?孩子们还应该怎么接触机器人呢?
保罗:我不认为我们的漫游者会表现得很好，因为它非常非常慢。当你在2亿5千万英里之外时，就会有相当不同的限制。所以实际上，我认为我们在《机器人战争》领域会被严重超越。但是，是的，你是完全正确的。这类事情对年轻人来说是一个很大的鼓舞，让他们去探索工程软件。像火星车这样的东西有很多不同的工程方面，它实际上是探索许多不同领域的好方法。
金妮-尼尔，你觉得你的一只胳膊可以吗?它能打人吗?
克里斯-在《机器人战争》里?
金妮——在《机器人大战》里，是的。
很有可能。我认为它会做得很好。我总是…
克里斯-移液管反对死亡…
尼尔-是的。当我年轻的时候，我总是幻想参加比赛。也许我还不算太老。
金妮——现在，我想我有一个更普遍的问题要问你们所有人，推特上的美宝莲想知道，我们能不能用别的东西来驱动机器人，而不是用电。我们可以用食物之类的东西来驱动机器人吗?
保罗:嗯，我可以先说一些对未来的行星探索非常重要的事情，特别是当我们远离火星轨道的时候，太阳能开始变得不可行。它甚至可能适用于人类的任务，特别是在不带很多燃料的情况下把东西带回来。其中一个想法是，你可以开采甲烷，并将其作为燃料，为火箭或其他任何东西提供动力，然后返回地球。
尼尔-这真的是一个水力压裂任务。
克里斯-这就是钻头的用途吗?
保罗-这次不是，但是…
Chris -还有其他问题吗?
金妮——乔问:“最近上映了一部电影《她》。我还没看过，但我想是关于一个人爱上了一种语音识别系统，我们想知道与机器人建立情感联系有多重要，并与之相联系。你需要什么来建立这种情感联系?我们需要看起来像人，听起来像人的东西吗?
布莱斯-是的。我认为这非常重要。人们喜欢使用更有情感的机器人。在某种程度上，这可能就是为什么人们对苹果的Siri更感兴趣，而不是谷歌的产品Google Now。因为Siri有这样的个性，比如你可以问它Siri是否愿意嫁给你……
克里斯-她会说什么?
我想她通常会说，不。
克里斯-她很挑剔。
她很挑剔，我想她拒绝了大多数人。我想她喜欢一个人待着。所以，我认为我们会受到影响的事情，比如声音。我们很容易从声音中听到情绪，这可能会产生很大的影响。所以，我认为你拥有的越多，你对机器人的亲和力就越大。但我认为你没有必要拥有一切。所以，你可能甚至不需要有一张脸或一张脸的照片。你可以开始为你的机器人/设备开发一些情感，即使它没有它的照片。
你给你的机器人起名字了吗，尼尔?
是的，我们有。对于这些项目，它们都有名字，这些年来它们有各种各样的名字主题。
克里斯:我工作的诊断实验室里有罗布、简和弗雷迪之类的东西。我是说，史酷比。每个人都认为这很有趣，但这确实让工作人员对他们用来做所有测试的机器产生了好感。
是的，我们已经浪费了很多时间讨论我们应该如何称呼我们的机器人系统。
克里斯:然后呢?
辩论还在继续。
克里斯:你给你的机器人起外号了吗，保罗?
保罗-是的，所有的原型都有名字。布丽吉特，布拉德利，布鲁诺和布莱恩是我们的四个人。
克里斯-那么，你喜欢B了。
保罗-是的。所以，从Brigitte开始，因为我们的原型被称为面包板，这是对它们的正确工程术语。所以它们在文档中经常被缩写为BB。项目团队的一个成员是碧姬·芭铎的粉丝，所以它就被称为碧姬，我们从那里开始沿用B。
金妮——这就引出了——珍妮·卢戈提出了一个问题她想知道使用机器人是否存在道德问题她引用了她读过的一篇文章，“我们让人们与非常可爱的机器人恐龙宝宝互动，然后在研讨会结束时，我们让他们折磨并杀死它们。他们对此非常苦恼。”
克里斯-我一点都不惊讶。
Ginny:那么，给你的机器人命名并赋予它们个性，是否意味着当它们坏掉的时候你会很难过，或者你会想念你的没有从火星回来的机器人?
保罗-是的，我想是的。有一幅非常悲伤的漫画在互联网上流传，问幽灵号是否能回家，但是，是的，这给了他们一点个性。他们确实有个性，我认为这可能会让我们关心他们。
在圣诞节期间探索月球的中国着陆器出现了一个问题，它发回了一条信息，说:“我的主人无法及时关闭我，因为即将到来的寒冷天气，所以我可能不会在早上醒来。”再见。”它在世界各地的推特上疯传，因为我想每个人都对这台机器非常依恋。有人喜欢上你的实验室仪器了吗?
尼尔-我觉得“依恋”这个词有点夸张，但是，如果你在一个系统上工作了一年，在一个机器人上工作，你知道这是一个原型，在某个时候，它将被淘汰，然后你认为你已经付出了很多努力，然后一旦它达到了它的目的，就把它扔掉，这有时是很艰难的。
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- 下一个手机会影响我的生育能力吗?
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