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有些人试图通过锻炼、做志愿者或只是放松来充分利用他们的空闲时间。另一些人则喜欢利用这段时间来建造可以被发射到月球，然后自由漫游月球表面的机器人。一个自称为“兼职科学家”团队的工程师和研究人员选择了后者，他们正在建造一个名为阿西莫夫的月球漫游车，他们希望它能在 2014 年初赢得令人垂涎的谷歌月球X大奖。
顾名思义，“兼职科学家”团队的 100 名成员中，至少有一半在工业公司或大学从事全职工作。他们正在与另外 25 个团队竞争，争取成为第一个将机器人漫游车降落在月球上，并使其在月球表面行驶 500 米，同时将高清图像和数据传回地球的团队。
“兼职科学家”团队的目标代表了所有参加比赛的团队的目标——他们追求的不仅仅是 2000 万美元的一等奖。在引导阿西莫夫超越 500 米的里程碑后，该团队计划将漫游车切换到自主模式，进行余下的月球探索，使其成为第一个由任何人建造的、无需人工干预即可在月球上导航的机器人。此外，该团队计划成为第一个使用超快速图形处理单元 (GPU) 的团队——这些单元以其为视频游戏和 科学模拟渲染复杂图形的能力而闻名——以帮助他们位于地球的指挥系统、阿西莫夫的着陆器，以及可能阿西莫夫本身，尽可能接近实时地收集、评估和处理信息。
自主行驶是“兼职科学家”团队设计和测试新技术的战略的一部分，这些技术不仅可能影响未来的月球旅行，还可能影响其他的星际探索。“我们不想开发一种专门用于月球的东西，最终对其他人毫无用处，”团队创始人罗伯特·伯梅说，他目前在柏林担任德国政府的 网络安全顾问。“我们希望带上可用的技术并在月球上进行测试，这也是机器人漫游车将自主运行的原因之一。”
其他团队出于类似的原因也在开发自主技术，包括由传奇机器人制造者威廉·“红”·惠特克领导的Astrobotic Technology, Inc.，以及 Juxtopia Urban Robotics Brilliant Application National (JURBAN) 非营利研究组织。Astrobotic 的着陆系统将通过将来自摄像头和激光的实时数据与现有的月球卫星图像对齐来实现自主导航。与此同时，与“兼职科学家”团队一样，JURBAN 正在设计具有自主功能的漫游车。
争取着陆
所有月球X大奖赛的参赛者都可以访问美国宇航局的月球勘测轨道飞行器 (LRO) 以及之前载人登月任务收集的图像和数据。尽管如此，该团队的首席软件开发人员韦斯利·法勒表示，阿西莫夫在真正降落在月球表面之前，并不会真正知道它需要穿越的特定地形。法勒在底特律附近工作，他的日常工作是编写软件，包括为美国环境保护署编写的程序。
法勒说：“在着陆前的最后几分钟里，我们将从月球获得大量的视频数据。”此外，将阿西莫夫放置在月球表面的着陆器集成了力反馈传感器，可以分析着陆区域周围的土壤成分。他说：“我们希望这种视觉和触觉数据的结合将[产生]前所未有的月球细节水平。”
阿西莫夫将在阿波罗 17 号任务着陆点附近着陆，该地点具有细小的土壤和少量可能阻碍漫游车前进的大石头。伯梅说：“我们有一个计算岩石密度的算法，该算法表明我们可以进行大量探索，而不会遇到任何麻烦，例如在试图绕过[一块岩石]时被困住。”科学家们对这个地点的大部分了解都来自最初的任务以及 LRO 的飞越。
尽管在登月之前进行了所有准备工作，但团队无法完全确定他们的漫游车实际上会在哪里着陆。法勒说：“我们在任务前依赖的是分辨率相对较低的数据，并且可能稍后发现那里有可能会使着陆器倾覆的颠簸。”伯梅补充道：“你需要根据情况进行调整，而为了进行这些调整，你需要信息。”
漫游车让开
即使是美国宇航局在火星上部署的漫游车，GPU 也应该让阿西莫夫具有明显的优势。自 2004 年降落在红色星球以来，那里的漫游车表现出色，但 勇气号（当它还在工作时）和机遇号（仍然活跃）必须经常暂停，才能收集、评估和处理有关周围环境的信息，伯梅说。漫游车需要近三分钟才能处理一对图像——这种延迟导致它们以大约每秒一厘米的平均速度移动。
通过与德国航空航天中心的机器人和机电一体化研究所合作，“兼职科学家”团队增加了一个自主漫游车导航系统，该系统具有每秒处理多个图像的能力。该研究所因其多个研究项目而闻名，其中包括旨在执行远程自主操作的“贾斯汀”移动机器人系统（尽管是在陆地上），以及在国际空间站上进行的用于研究太空机器人的机器人组件验证 (ROKVIS) 项目。
阿西莫夫的导航系统使用立体摄像头，在没有只能在地球上使用的全球定位系统的情况下，实时计算其自身的运动，生成周围环境的 2.5 维模型，评估该模型并选择最不可能导致碰撞的路径。法勒解释说：“2.5 维环境由位于离散距离带中的平面多边形组成。“想象一下沿着一条路行驶，附近有树，远处有山。在 2.5 维中，所有树和山都在同一距离，在同一个平面上。”例如，如果您靠近一棵特定的树，那么这棵树将呈现出额外的维度，而其他树将继续看起来是平的。法勒指出，对于导航而言，这些数据量就足够了，并且大大降低了所需的计算能力。
GPU 指路
“兼职科学家”团队可以使用 NVIDIA 公司的多个 GPU。基于 GPU 的计算机将发挥几个关键作用，包括在太空传输过程中和月球表面的图像过滤；基于传感器和视频数据的快速测绘；计算到着陆点的最佳轨迹；以及尽管月球与地球之间的信号延迟为几秒钟，仍能优化与漫游车的通信。GPU 处理器还将分析月球上的射频信号，月球表面主要由干扰这些信号的金属材料组成。这将帮助团队确定用于着陆后通信的最佳频率。
尽管细节尚未完全确定，但伯梅预计会将一个 GPU 集成到着陆器的计算机系统中，并表示另一个 GPU 可以安装在漫游车本身中。阿西莫夫中使用的任何 GPU 都将在漫游车到达 500 米的里程碑并开始自主运行后才会开启。伯梅说：“人们非常希望能在漫游车上安装 GPU，但由于诸如重量、屏蔽和温度管理等技术原因，我们可能不得不只在着陆器上安装一个 GPU。”
伯梅说，人类已经四十年没有在月球表面操作技术了，而且如今的电子设备比阿波罗任务中使用的设备更加复杂——也更加精密。与任何其他设备一样，在月球着陆器或阿西莫夫中发送的 GPU 都需要进行硬化处理，其中包括防辐射屏蔽以及热管理组件，以保护其免受月球极端温度范围的影响。
伯梅承认，无需使用 GPU 即可满足任何任务需求，但他强调，他的团队的目标之一是突破现有技术的极限，甚至帮助降低太空旅行的成本。他说：“如果一次性非常昂贵的登月任务不能充当全新技术集的代表，那么它就没有任何意义。”